Interested Article - Атмосфера Урана

tammi
  • 2020-08-09
  • 1

Уран , снимок Вояджера 2

Атмосфера Урана , так же как и атмосферы Юпитера и Сатурна , состоит в основном из водорода и гелия . На больших глубинах она содержит значительное количество воды , аммиака и метана , что является отличительной чертой атмосфер Урана и Нептуна . Обратная картина наблюдается в верхних слоях атмосферы, которые содержат очень мало веществ тяжелее водорода и гелия. Атмосфера Урана — самая холодная из всех планетарных атмосфер в Солнечной системе , с минимальной температурой 49 K .

Атмосфера Урана делится на три основных слоя:

  • Тропосфера — занимает промежуток высот от −300 км до 50 км (за 0 принята условная граница, где давление составляет 1 бар;) и диапазон давления от 100 до 0,1 бар
  • Стратосфера — покрывает высоты от 50 до 4000 км и давления между 0,1 и 10 −10 бар
  • Экзосфера — простирается от высоты 4000 км до нескольких радиусов планеты, давление в этом слое при удалении от планеты стремится к нулю .

Примечательно, что в отличие от земной , атмосфера Урана не имеет мезосферы .

Облака

В тропосфере существует четыре облачных слоя:

  • метановые облака на границе, соответствующей давлению примерно в 1,2 бар ;
  • сероводородные и аммиачные облака в слое давлений 3-10 бар. Температура в этой области составляет около 100К (-173С)
  • облака из гидросульфида аммония при 20-40 бар,
  • водяные облака из кристалликов льда ниже условной границы давления 50 бар.

Только два верхних облачных слоя доступны прямому наблюдению, существование же нижележащих слоев предсказано только теоретически. Яркие тропосферные облака редко наблюдаются на Уране, что, вероятно, связано с низкой активностью конвекции в глубинных областях планеты. Тем не менее, наблюдения таких облаков использовались для измерения скорости зональных ветров на планете, которая доходит до 250 м/с .

Об атмосфере Урана в настоящее время имеется меньше сведений, чем об атмосферах Сатурна и Юпитера. По состоянию на май 2013 года только один космический корабль, Вояджер 2 , изучал Уран с близкого расстояния. Никаких других миссий на Уран в настоящее время не запланировано.

Наблюдение и изучение

Хотя Уран не имеет твердой поверхности как таковой , часть его газовой оболочки, наиболее удаленную от центра и доступную для наблюдения в оптические телескопы , называют атмосферой . Для дистанционного исследования доступны слои газовой оболочки вплоть до глубины 300 км ниже уровня, соответствующего давлению в 1 бар. Температура на такой глубине составляет 320 K , а давление — около 100 бар.

История наблюдения атмосферы Урана полна ошибок и разочарований. Уран — относительно слабый объект, и его видимый угловой диаметр никогда не превышает 4″. Первые спектры атмосферы Урана были получены с помощью спектроскопа в 1869 и 1871 годах Анджело Секки и Уильямом Хаггинсом , которые обнаружили ряд широких темных полос, которые они не смогли идентифицировать . Им также не удалось обнаружить никаких спектральных линий, соответствующих солнечному свету — факт, впоследствии ошибочно истолкованный Норманом Локером как свидетельство того, что Уран испускает свой собственный свет, а не отражает солнечный. В 1889 году это неверное представление было опровергнуто. Природа же широких темных полос в его видимой части спектра оставалась неизвестной до 40-х годов XX века.

Ключ к расшифровке темных полос в спектре Урана был обнаружен в 1930-е годы Рупертом Вилдтом и Весто Слайфер , которые обнаружили, что темные полосы на 543, 619, 925, 865 и 890 нм принадлежал газообразному метану . Это означало, что атмосфера Урана была прозрачна на большую глубину по сравнению с газовыми оболочками других планет — гигантов. В 1950 году, Джерард Койпер заметил ещё диффузную темную полосу в спектре урана на 827 нм, которую он не смог определить. В 1952 году Герхард Херцберг , в будущем лауреат Нобелевской Премии , показал, что эта линия была вызвана слабыми поглощения молекулярного водорода , который, таким образом, стал вторым соединением, обнаруженным на Уране. До 1986 метан и водород оставались единственными веществами, которые были обнаружены в атмосфере Урана . Спектроскопические наблюдений, проводившиеся с 1967 года позволили составить приблизительный тепловой баланс атмосферы. Оказалось, что внутренние источники тепла практически не влияют на температуру атмосферы и её нагревание осуществляется только за счет излучения Солнца. Внутреннего подогрева атмосферы не было обнаружено и аппаратом Вояджер 2 , посетившем Уран в 1986 году.

В январе 1986 года космический аппарат Вояджер 2 пролетал от Урана на минимальном расстоянии 107100 км и впервые получил изображения спектра атмосферы планеты с близкого расстояния. Эти измерения подтвердили, что атмосфера состояла в основном из водорода (72 %) и гелия (26 %), и, кроме того, содержала около 2 % метана. Атмосфера освещенной стороны планеты на момент её изучения Вояджер 2 была крайне спокойна и не выявила крупных атмосферных образований. Состояние атмосферы другой стороны Урана изучить не представлялось возможным ввиду царящей там на момент пролёта аппарата полярной ночи .

В 1990-х и 2000-х годах, с помощью космического телескопа «Хаббл» и наземных телескопов, оснащенных адаптивной оптикой впервые наблюдались дискретные детали облачного покрова , что позволило астрономам повторно измерить скорость ветра на Уране, известную ранее только из наблюдений Вояджера 2 и исследовать динамику атмосферы планеты.

Состав

Температурный профиль тропосферы и нижней стратосферы Урана. Указаны также основные слои облачности.

Состав атмосферы Урана отличается от планетарного состава в целом, её главными компонентами являются молекулярный водород и гелий . Молярная доля гелия была определена на основе анализа, проведенного космическим аппаратом Вояджер 2 . В настоящее время принимаются значения 0.152 ± 0.033 в верхней тропосфере, что соответствует массовой доле 0.262 ± 0.048 . Это значение очень близко к массовой доле гелия в составе Солнца 0.2741 ± 0.0120 .

Третий по распространенности газ в составе атмосферы Урана — метан (CH 4 ) , сведения о наличии которого были получены в результате наземных спектроскопических измерений. Метан обладает сильными полосами поглощения видимого света и ближнего инфракрасного, что делает Урана аквамаринового или голубого цвета. Ниже метановых облаков, на уровне, соответствующем давлению в 1,3 бар доля молекул метана составляет около 2,3 % , что в 10 — 30 раз превосходит аналогичные показатели для Солнца. Содержание менее летучих соединений, таких, как аммиак , вода и сероводород в глубокой атмосфере в настоящее время известно лишь приблизительно. Предполагается, что их концентрация в атмосфере Урана превосходит аналогичную для Солнца в десятки , а то и сотни раз.

Знания об изотопном составе уранианской атмосферы очень ограничены. По состоянию на май 2013 известно только количественное отношение дейтерия к протию . Оно составляет 5.5 +3.5
−1.5 ⋅10 −5 и было измерено с помощью Инфракрасной Космической Обсерватории (ISO) в 1990-х годах. Это значение заметно выше, чем аналогичное для Солнца ( 2.25 ± 0.35⋅10 −5 ).

ИК-спектроскопия , в том числе измерения с помощью космического телескопа «Спитцер» (SST), позволила обнаружить следовые количества углеводородов в стратосфере урана, которые, как считается, были синтезированы из метана под воздействием индуцированной солнечного УФ-излучения. Они включают этан (C 2 H 6 ) , ацетилен (C 2 H 2 ) , метилацетилен (CH 3 C 2 H) , диацетилен (C 2 HC 2 H) . . С помощью ИК — спектроскопии также были обнаружены следы водяного пара, окиси углерода и диоксида углерода в стратосфере. Эти примеси скорее всего исходят из внешнего источника, например, космической пыли и комет .

Структура

Атмосфера Урана может быть разделена на три основных слоя: тропосферу , занимающую промежуток высот от −300 км до 50 км (за 0 принята условная граница, где давление составляет 1 бар), стратосферу , покрывающую высоты от 50 до 4000 км и экзосферу , простирающуюся от высоты 4000 км до нескольких радиусов планеты. Примечательно, что в отличие от земной , уранианская атмосфера не имеет мезосферы .

Примечания

  1. (англ.) . NASA. Дата обращения: 11 сентября 2013. Архивировано из 25 января 2013 года.
  2. . Дата обращения: 10 мая 2013. 4 марта 2016 года.
  3. Dr. David R. Williams. (англ.) . NASA Goddard Space Flight Center. Дата обращения: 11 сентября 2013. 11 августа 2011 года.
  4. , pp. 219-222.
  5. , Fig. 13, p. 231.
  6. ↑ , pp. 151–154.
  7. .
  8. .
  9. ↑ .
  10. .
  11. .
  12. , Table I, pp. 12–13.
  13. , pp. 213-214.
  14. , Table 3, p. 14,874.
  15. , pp. 155–158, 168–169.
  16. , pp. 43–49.
  17. , pp. 459–460.
  18. ↑ , pp. 222-230.
  19. ↑ , pp. 80–81.
  20. , Table 1, p. 15,007.
  21. , pp. 1,228-1,230.
  22. , pp. 15,008–15,009.
  23. , pp. 235-240.
  24. , pp. 14,987, 14,994-14,996.
  25. , pp. 130–131.
  26. , pp. 310–311.
  27. , pp. 107-110.
  28. , Table 2 on p. 96, pp. 98–100.
  29. .
  30. , pp. 634-635.
  31. ↑ , p. 448.
  32. , pp. 496–497.
  33. , p. 93.
  34. ↑ , p. 636.
  35. , p. 92.
  36. , p. L8.
  37. , pp. 219–222.
  38. , Fig. 4, p. 15,097.

Литература

  • Adel, A.; Slipher. The Constitution of the Atmospheres of the Giant Planets (англ.) // Physical Review : journal. — 1934. — Vol. 46 , no. 10 . — P. 902 . — doi : . — Bibcode : .
  • Atreya, Sushil K.; Wong, Ah-San. (англ.) // Space Science Reviews : journal. — Springer , 2005. — Vol. 116 . — P. 121—136 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • Bishop, J.; Atreya, S. K.; Herbert, F.; Romani, P. (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 1990. — Vol. 88 , no. 2 . — P. 448—464 . — doi : . — Bibcode : .
  • Burgdorf, M.; Orton, G.; Vancleve, J.; Meadows, V.; Houck, J. Detection of new hydrocarbons in Uranus' atmosphere by infrared spectroscopy (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 2006. — Vol. 184 , no. 2 . — P. 634—637 . — doi : . — Bibcode : .
  • Conrath, B.; Gautier, D.; Hanel, R.; Lindal, G.; Marten, A. The Helium Abundance of Uranus from Voyager Measurements (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1987. — Vol. 92 , no. A13 . — P. 15003—15010 . — doi : . — Bibcode : .
  • Encrenaz, Thérèse. ISO observations of the giant planets and Titan: what have we learnt? (англ.) // Planetary and Space Science : journal. — 2003. — Vol. 51 , no. 2 . — P. 89—103 . — doi : . — Bibcode : .
  • Encrenaz, T.; Drossart, P.; Orton, G.; Feuchtgruber, H.; Lellouch, E.; Atreya, S. K. (англ.) // Planetary and Space Science : journal. — 2003. — Vol. 51 , no. 14—15 . — P. 1013—1016 . — doi : . — Bibcode : .
  • Encrenaz, T.; Lellouch, E.; Drossart, P.; Feuchtgruber, H.; Orton, G. S.; Atreya, S. K. (англ.) // Astronomy and Astrophysics : journal. — 2004. — Vol. 413 , no. 2 . — P. L5—L9 . — doi : . — Bibcode : .
  • Encrenaz, T. R. S. Neutral Atmospheres of the Giant Planets: An Overview of Composition Measurements (англ.) // Space Science Reviews : journal. — Springer , 2005. — Vol. 116 , no. 1—2 . — P. 99—119 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • Fegley, Bruce Jr.; Gautier, Daniel; Owen, Tobias; Prinn, Ronald G. Spectroscopy and chemistry of the atmosphere of Uranus // (англ.) / Bergstrahl, Jay T.; Miner, Ellis D.; Matthews, Mildred Shapley. — (англ.) ( , 1991. — ISBN 978-0-8165-1208-9 .
  • Feuchtgruber, H.; Lellouch, E.; Bézard, B.; Encrenaz, Th.; de Graauw, Th.; Davis, G. R. Detection of HD in the atmospheres of Uranus and Neptune: a new determination of the D/H ratio (англ.) // Astronomy and Astrophysics : journal. — 1999. — Vol. 341 . — P. L17—L21 . — Bibcode : .
  • Fry, Patrick M.; Sromovsky, L. A. (September 2009). Implications of New Methane Absorption Coefficients on Uranus Vertical Structure Derived from Near-IR Spectra . DPS meeting #41, #14.06. American Astronomical Society. Bibcode : . {{ cite conference }} : Недопустимый |ref=harv ( справка ) Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) ( ссылка )
  • Hammel, H. B.; Lockwood, G. W. Long-term atmospheric variability on Uranus and Neptune (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 2007. — January ( vol. 186 , no. 1 ). — P. 291—301 . — doi : . — Bibcode : .
  • Hammel, H. B.; Sromovsky, L. A.; Fry, P. M.; Rages, K.; Showalter, M.; de Pater, I.; van Dam, M. A.; LeBeau, R. P.; Deng, X. (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 2009. — Vol. 201 , no. 1 . — P. 257—271 . — doi : . — Bibcode : . 19 июля 2011 года. от 19 июля 2011 на Wayback Machine
  • Hammel, H. B.; Sromovsky, L. A.; Fry, P. M.; Rages, K.; Showalter, M.; de Pater, I.; van Dam, M. A.; LeBeau, R. P.; Deng, X. Infrared Observations of the Uranian System (англ.) // Science. — 1986. — 4 July ( vol. 233 , no. 4759 ). — P. 70—74 . — doi : . — Bibcode : . — .
  • Herbert, F.; Sandel, B. R.; Yelle, R. V.; Holberg, J. B.; Broadfoot, A. L.; Shemansky, D. E.; Atreya, S. K.; Romani, P. N. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1987. — Vol. 92 , no. A13 . — P. 15,093—15,109 . — doi : . — Bibcode : .
  • Herbert, F.; Hall, D. T. Atomic hydrogen corona of Uranus (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1996. — May ( vol. 101 , no. A5 ). — P. 10,877—10,885 . — doi : . — Bibcode : .
  • Herbert, Floyd; Sandel, Bill R. Ultraviolet observations of Uranus and Neptune (англ.) // Planetary and Space Science : journal. — Vol. 47 , no. 8—9 . — P. 1,119—1,139 . — doi : . — Bibcode : .
  • (англ.) ( . Spectroscopic evidence of molecular hydrogen in the atmospheres of Uranus and Neptune (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing , 1952. — Vol. 115 . — P. 337—340 . — doi : . — Bibcode : .
  • (англ.) ( . The spectrum of Uranus (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press , 1889. — Vol. 49 . — P. 404 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • Irwin, P. G. J.; Teanby, N. A.; Davis, G. R. Latitudinal Variations in Uranus' Vertical Cloud Structure from UKIRT UIST Observations (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — The American Astronomical Society, 2007. — 10 August ( vol. 665 , no. 1 ). — P. L71—L74 . — doi : . — Bibcode : .
  • Irwin, P. G. J.; Teanby, N. A.; Davis, G. R. Revised vertical cloud structure of Uranus from UKIRT/UIST observations and changes seen during Uranus' Northern Spring Equinox from 2006 to 2008: Application of new methane absorption data and comparison with Neptune (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 2010. — August ( vol. 208 , no. 2 ). — P. 913—926 . — doi : . — Bibcode : .
  • (англ.) ( . New absorptions in the Uranian atmosphere (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing , 1949. — Vol. 109 . — P. 540—541 . — doi : . — Bibcode : .
  • Lam, H. A.; Miller, S.; Joseph, R. D.; Geballe, T. R.; Trafton, L. M.; Tennyson, J.; Ballester, G. E. (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — The American Astronomical Society, 1997. — 1 January ( vol. 474 , no. 1 ). — P. L73—L76 . — doi : . — Bibcode : .
  • Lindal, G. F.; Lyons, J. R.; Sweetnam, D. N.; Eshleman, V. R.; Hinson, D. P.; Tyler, G. L. The Atmosphere of Uranus: Results of Radio Occultation Measurements with Voyager 2 (англ.) // (англ.) ( : journal. — American Geophysical Union, 1987. — Vol. 92 , no. A13 . — P. 14,987—15,001 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • (англ.) ( . Note on the Spectrum of Uranus (англ.) // Astronomische Nachrichten : journal. — Wiley-VCH , 1889. — Vol. 121 . — P. 369 . — doi : . — Bibcode : .
  • Lodders, Katharina. (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — The American Astronomical Society, 2003. — Vol. 591 , no. 2 . — P. 1220—1247 . — doi : . — Bibcode : . 7 ноября 2015 года.
  • Lunine, Jonathan I. The Atmospheres of Uranus and Neptune (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1993. — Vol. 31 . — P. 217—263 . — doi : . — Bibcode : .
  • Miller, Steven; Achilleos, Nick; Ballester, Gilda E.; Geballe, Thomas R.; Joseph, Robert D.; Prangé, Renee; Rego, Daniel; Stallard, Tom; Tennyson, Jonathan; Trafton, Laurence M.; Waite, J. Hunter Jr. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 2000. — 15 September ( vol. 358 , no. 1774 ). — P. 2485—2502 . — doi : .
  • Miller, Steve; Aylward, Alan; Millward, George. Giant Planet Ionospheres and Thermospheres: The Importance of Ion-Neutral Coupling (англ.) // Space Science Reviews : journal. — Springer , 2005. — January ( vol. 116 , no. 1—2 ). — P. 319—343 . — doi : . — Bibcode : .
  • Rages, K. A.; Hammel, H. B.; Friedson, A. J. Evidence for temporal change at Uranus' south pole (англ.) // Icarus . — Elsevier , 2004. — 11 September ( vol. 172 , no. 2 ). — P. 548—554 . — doi : . — Bibcode : .
  • de Pater, I.; Romani, P. N.; Atreya, S. K. (англ.) // Icarus . — Elsevier , 1989. — Vol. 82 , no. 2 . — P. 288—313 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • de Pater, Imke; Romani, Paul N.; Atreya, Sushil K. (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 1991. — Vol. 91 , no. 2 . — P. 220—233 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • Pearl, J. C.; Conrath, B. J.; Hanel, R. A.; Pirraglia, J. A.; Coustenis, A. The albedo, effective temperature, and energy balance of Uranus, as determined from Voyager IRIS data (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 1990. — Vol. 84 , no. 1 . — P. 12—28 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • Pollack, James B.; Rages, Kathy; Pope, Shelly K.; Tomasko, Martin G.; Romani, Paul N.; Atreya, Sushil K. (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1987. — 30 December ( vol. 92 , no. A13 ). — P. 15,037—15,065 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • Smith, B. A. Near infrared imaging of Uranus and Neptune (англ.) // In JPL Uranus and Neptune. — 1984. — Vol. 2330 . — P. 213—223 . — Bibcode : .
  • Smith, B. A.; Soderblom, L. A.; Beebe, A.; Bliss, D.; Boyce, J. M.; Brahic, A.; Briggs, G. A.; Brown, R. H.; Collins, S. A. Voyager 2 in the Uranian System: Imaging Science Results (англ.) // Science : journal. — 1986. — Vol. 233 , no. 4759 . — P. 43—64 . — doi : . — Bibcode : . — .
  • Sromovsky, L. A.; Fry, P. M. Dynamics of cloud features on Uranus (англ.) // Icarus . — Elsevier , 2005. — Vol. 179 , no. 2 . — P. 459—484 . — doi : . — Bibcode : .
  • Sromovsky, L. A.; Irwin, P. G. J.; Fry, P. M. Near-IR methane absorption in outer planet atmospheres: Improved models of temperature dependence and implications for Uranus cloud structure (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 2006. — June ( vol. 182 , no. 2 ). — P. 577—593 . — doi : . — Bibcode : .
  • Sromovsky, L. A.; Fry, P. M.; Hammel, H. B.; Ahue, W. M.; de Pater, I.; Rages, K. A.; Showalter, M. R.; van Dam, M. A. Uranus at equinox: Cloud morphology and dynamics (англ.) // Icarus . — Elsevier , 2009. — September ( vol. 203 , no. 1 ). — P. 265—286 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
  • Summers, M. E.; Strobel, D. F. Photochemistry of the atmosphere of Uranus (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing , 1989. — Vol. 346 . — P. 495—508 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • Stone, E. C. The Voyager 2 Encounter with Uranus (англ.) // (англ.) ( : journal. — 1987. — Vol. 92 , no. A13 . — P. 14,873—14,876 . — ISSN . — doi : . — Bibcode : .
  • Trafton, L. M.; Miller, S.; Geballe, T. R.; Tennyson, J.; Ballester, G. E. H 2 Quadrupole and H 3 + Emission from Uranus: The Uranian Thermosphere, Ionosphere, and Aurora (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing , 1999. — October ( vol. 524 , no. 2 ). — P. 1,059—1,083 . — doi : . — Bibcode : .
  • 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. Voyager 2 Radio Science Observations of the Uranian System: Atmosphere, Rings, and Satellites (англ.) // Science : journal. — 1986. — Vol. 233 , no. 4759 . — P. 79—84 . — doi : . — Bibcode : . — .
  • Young, L. (англ.) // Icarus : journal. — Elsevier , 2001. — Vol. 153 , no. 2 . — P. 236—247 . — doi : . — Bibcode : .
Источник —

tammi
  • 2020-08-09
  • 1

Same as Атмосфера Урана

The title for the last searches