Siódma planeta w Układzie Słonecznym – i największy z lodowych olbrzymów – Uran ma atmosferę bardziej porównywalną z Neptunem niż z Saturnem i Jowiszem. Znane jako lodowe olbrzymy, dwie najbardziej odległe planety od Słońca mają atmosfery, które są silnie zdominowane przez lód. Dziwaczna orientacja planety, która krąży wokół Słońca przechylona na bok, ujawnia, że jej wewnętrzne jądro ma silniejszy wpływ na jej wzorce pogodowe niż odległa gwiazda.
Skład atmosfery
Atmosfera Urana składa się głównie z wodoru i helu. W przeciwieństwie do Jowisza i Saturna, te lekkie gazy dominują tylko na zewnętrznych krawędziach planety, ale nie mają znaczącego udziału w skalistym wnętrzu.
Niebieski kolor Urana jest spowodowany obecnością metanu, który pochłania czerwone światło.
„Myślę, że biedny Uran jest źle rozumiany” – powiedziała Amy Simon, naukowiec planetarny, w podcaście NASA Gravity Assist. „Uran jest bardzo nijaki w wyglądzie przez większość czasu. Jest to rodzaj bladoniebieskiej planety. To prawdziwa bladoniebieska kropka.”
Śladowe ilości węglowodorów są również obecne w powietrzu wokół Urana. W atmosferze występują również lody składające się z wody, amoniaku i prawdopodobnie metanu.
Skład atmosfery objętościowo:
- Wodór cząsteczkowy: 82,5 procent
- Hel: 15,2 procent
- Metan: 2,3 procent
Warstwy w atmosferze
Tak jak na Ziemi, atmosfera Urana jest podzielona na warstwy, w zależności od temperatury i ciśnienia. Podobnie jak inne gazowe olbrzymy, planeta nie ma twardej powierzchni. Naukowcy definiują powierzchnię jako region, w którym ciśnienie atmosferyczne przekracza jeden bar, czyli ciśnienie występujące na Ziemi na poziomie morza.
Tuż nad „powierzchnią” Urana znajduje się troposfera, gdzie atmosfera jest najgęstsza. Temperatura waha się od minus 243 stopni Fahrenheita (minus 153 stopni Celsjusza) do minus 370 F (minus 218 C), przy czym górne rejony są najzimniejsze. To sprawia, że atmosfera Urana jest najzimniejszą w Układzie Słonecznym. W obrębie troposfery znajdują się warstwy chmur – przy najniższym ciśnieniu są to chmury wodne, a nad nimi chmury wodorosiarczku amonu. Następne są chmury amoniaku i siarkowodoru. Wreszcie na wierzchu leżą cienkie chmury metanu. Troposfera rozciąga się 30 mil (50 kilometrów) od powierzchni planety.
Promieniowanie ze Słońca i z kosmosu ogrzewa stratosferę Urana od minus 370 F (minus 218 C) do minus 243 F (minus 153 C). W stratosferze znajduje się smog etanowy, który może przyczyniać się do matowego wyglądu planety. Obecne są również acetylen i metan. Mgły te pomagają ogrzać stratosferę. Węglowodory są jednak mniej obfite w atmosferze Urana niż na innych planetach olbrzymach. Stratosfera sięga prawie 2500 mil (4000 km) nad Uranem.
Termosfera i korona Urana osiągają temperaturę 1070 F (577 C), choć naukowcy nie są pewni, co do przyczyny. Ponieważ odległość Urana od Słońca jest tak duża, ilość ciepła pochodzącego od gwiazdy jest niewystarczająca do wytworzenia tak wysokich temperatur. Rozciągające się dwa razy dalej od środka planety niż jej powierzchnia, rozległe warstwy zewnętrzne są unikalne dla Urana. Tworzą one opór na cząsteczkach pierścienia, które orbitują wokół planety.
Wzory chmur na Uranie
Mimo, że planeta wygląda na jednolity odcień niebieskiego, zawiera paski jak Jowisz i Saturn. Jednak pasma te są słabe i można je dostrzec tylko na wzmocnionych zdjęciach. Podobnie jak w przypadku innych gazowych olbrzymów, strefy tworzą się, gdy gazy w danym regionie ogrzewają się i unoszą, podczas gdy w pasach gazy opadają z powrotem na planetę, gdy się ochładzają. W pasach wiatry wieją na wschód, podczas gdy w strefach wędrują na zachód.
Gdy Voyager 2 przeleciał obok planety w 1986 roku, zaobserwował tylko 10 wzorów chmur na planecie. Wraz z poprawą technologii, zdjęcia o wyższej rozdzielczości wykonane z Ziemi ujawniły słabsze chmury. Chmury, które istnieją głównie w troposferze, są przenoszone przez wiatry osiągające do 560 mph (900 km/h).
Simon powiedział, że temperatura jest dużą częścią przyczyny bladości Urana. Lodowy gigant nie ma zbyt wiele ciepła. W rzeczywistości, jest to jedyna planeta, która nie wydziela więcej ciepła niż otrzymuje od Słońca, powiedziała. To spowalnia wzrost i spadek ciepła, który w przeciwnym razie napędzałby burze.
„Nie dostajesz odpowiednika burzy z piorunami. Tak więc, nie widzisz jasnych chmur na Uranie, które widzisz na innych planetach,” Simon powiedział.
Pomimo, że burze na Uranie nie są tak liczne jak na innych światach, nie oznacza to, że planeta nie ma sporadycznej aktywności. W 2014 roku, siedem lat po tym jak planeta zbliżyła się do Słońca, astronomowie zauważyli aktywne punkty pogodowe na lodowym gigancie.
„Pogoda na Uranie jest niewiarygodnie aktywna”, powiedział astronom Imke de Pater z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, w oświadczeniu z 2014 roku.
„Tego typu aktywności można było się spodziewać w 2007 roku, kiedy na Uranie raz na 42 lata następowała równonoc i Słońce świeciło bezpośrednio na równiku”, powiedziała wtedy astronom Heidi Hammel ze Stowarzyszenia Uniwersytetów na rzecz Badań w Astronomii. „Ale przewidywaliśmy, że taka aktywność już dawno by wygasła. Dlaczego widzimy teraz te niesamowite burze, nie wiadomo.”
Niektóre z burz były nawet na tyle duże, że mogły zostać zauważone przez astronomów amatorów.
„Byłem zachwycony widząc taką aktywność na Uranie”, powiedział francuski astronom amator Marc Delcroix w tym samym oświadczeniu. „Uzyskanie szczegółów na Marsie, Jowiszu czy Saturnie jest teraz rutynowe. Ale dostrzeganie szczegółów na Uranie i Neptunie to nowe granice dla nas, amatorów, i nie chciałem tego przegapić.”
Burze nie są jedynym jasnym punktem na Uranie. Kosmiczny Teleskop Hubble’a NASA wykonał pierwszy obraz zorzy na tej planecie w 2011 roku. Kiedy zespół prowadzony przez astronoma z Obserwatorium Paryskiego przyjrzał się zorzom używając ultrafioletowych możliwości Hubble’a, „odkryli, że obserwują najintensywniejsze zorze, jakie kiedykolwiek widziano na tej planecie”, powiedziała NASA w oświadczeniu.
„Obserwując zorze w czasie, zebrali pierwsze bezpośrednie dowody na to, że te potężne, mieniące się regiony obracają się wraz z planetą.”
’Tis the season
W przeciwieństwie do innych planet w Układzie Słonecznym, które obracają się wzdłuż tej samej płaszczyzny co Słońce, Uran, odkryty w 1781 roku, został przewrócony na bok przez kolizję wkrótce po jego uformowaniu. Z jego równikiem w dół, planeta wydaje się toczyć wokół słońca. Oznacza to, że tylko jeden biegun w tym samym czasie stoi przed odległą gwiazdą.
„Ponieważ jest przechylona na bok, oznacza to, że na przykład biegun południowy nie widziałby światła słonecznego przez około 40 lat,” powiedział Simon. „Tak więc, ma naprawdę ekstremalne pory roku, które pomagają napędzać pogodę.”
(Planeta również obraca się do tyłu w wyniku tego, tak, że gdyby obracała się z równikiem wzdłuż płaszczyzny układu słonecznego, słońce wzeszłoby na zachodzie, a nie na wschodzie.)
Na większości planet, równik otrzymuje najwięcej światła słonecznego, powodując wznoszenie się ciepłego powietrza i przemieszczanie się w kierunku biegunów. Ale równik Urana prawie nigdy nie jest zwrócony w stronę słońca. Dlatego ciepłe powietrze powinno unosić się z bieguna zwróconego w stronę Słońca i opadać z powrotem na chłodniejszy biegun. Ale pasma i strefy Urana pokazują co innego. Pasy planety obracają się wokół równika tak samo, jak na Jowiszu i Saturnie. Zamiast światła słonecznego, ciepło wnętrza planety wydaje się napędzać jej pogodę.
Śledź Nolę Taylor Redd na @NolaTRedd, Facebooku lub Google+. Śledź nas na @Spacedotcom, Facebook lub Google+.
Ostatnie wiadomości