Prindi

PLANEET URAAN

Põhiandmed
            Orbiit
                        Suur pooltelg 2871 mln km (19,2 aü)
                        Ekstsentrilisus 0,0472
                        Nurk ekliptikaga 0,770
                        Tiirlemisperiood 84,0 aastat
                        Füüsilised parameetrid
                        Keskmine raadius 25 360 km (4,0 Maa raadiust)
                        Lapikus 2,3 %
                        Mass 8,7•1025 kg (14,5 Maa massist)
                        Keskmine tihedus 1 270 kg/m3
                        Normaalkiirendus 8,7 m/s2 (0,89 Maa väärtusest)
                        Telje kalle ~97,80
                        Pöörlemisperiood 17h14m
                        Temperatuur atmosfääris
                                    0,1 bar tasemel -220 0C
            Atmosfäär
                        Keemiline koostis
                        (ruumala järgi)  83 % H2
                                              15 % He
                                              2,3 % CH4
                                              NH3 , H2O jms

 

Uraan on Päikeselt loendatuna seitsmes planeet. Koos Neptuuniga kuulub ta jäähiidude klassi. Enne 1990-ndaid peeti Uraani ja Neptuuni gaashiidudeks koos Jupiteriga ja Saturniga, aga hiljem selgus, et nende struktuur erineb tunduvalt gaashiidude omast. Uraan on esimene planeet, mis avastati uuel ajal vaid teleskoobi abil. Päikesele lähedamad planeedid olid inimkonnale tuntud palju kaugeimatest aegadestminevikus.

Läbimõõdu poolest on Uraan kolmas Päikese süsteemis - ta on vaid 3 % võrra Neptuunist suurem. Samas on Uraani mass Neptuuniga võrreldes 15 % võrra väiksem. Seega on tema tihedus väiksem, kui Neptuunil. Uraani raadius ületab Maa oma 4 ning mass 14,5 korda. Erinevalt põhiliselt vesinikust ja heeliumist koosnevatest gaashiidudest on Uraanil massiivne, kergetest ainetest - vesi, ammoniaak, metaan - koosnev vahevöö. Selle mass ületab 90 % planeedi massi. Vesinikust ja heeliumist atmosfäär on suhteliselt vähemassiivne, vaid mõned protsendid planeedi massist. Uraanil on suhteliselt tugev magnetväli, mille dipoolmoment ületab Maa magnetvälja oma ca 50 korda. Erinevalt teistest planeetidest, mille magnetväljad genereeritakse nende tuumades, genereeritakse Uraani magnetväli vahevöös. Sellest on põhjustatud dipooli suur nihe planeedi tsentrist. Uraanil on ka ringide süsteemi ning tema teatud kaaslaste arv on 27.

03-uraanus
Uraan „Voyager 2“ pildil. Pilt: NASA, 1986, http://nssdc.gsfc.nasa.gov kaudu.

Uraani tähesuurus muutub vahemikus +5,3m kuni +5,9m sõltuvalt tema kohast orbiidil. Kuigi ta on piisavalt ere selleks, et olla nähtav terava nägemisega inimesele, samas on ta on ikkagi nõrk. Planeeti nähti minevikus korduvalt erinevatel aegadel, kuid peeti alati kas täheks või komeediks. Nt 1690. a arvas inglise astronoom J.Flemsteed, et tegemist oli tähega. William Herschel nägi seda teleskoobiga 13. märtsil 1781. a ja arvas esialgu, et tegemist oli kas uduse tähe või komeediga. Järgmistel päevadel leidis ta, et objekt liigub ja otsustas komeedi kasuks. Varsti hakkas at kahtlema, kuna objekti orbiit ei olnud väga ekstsentriline, nagu komeetidel, vaid pigem ringkujuline, mis on planeetidele omane. Varsti sai selgeks, et tegemist oli tõepoolest uue planeediga.

Herschel kui planeedi avastaja nimetas selle Georgium Sidus (ladina keeles, Georgi taevakeha), tolleaegse inglise kuninga George III auks. See nimetus jäi populaarseks vaid Suurbritannias. Olid ka teised nimetuse pakkumised, nende hulgas ka saksa astronoomi J.E.Bode poolt pakutud Uraan, Vana-Kreeka jumala auks. Niiviisi jätkuks rida Jupiter <– Saturn <– Uraan, kus igale Päikeselt järgmisele planeedile vastab jumal, kes on eelmise „planeedi jumala“ mütoloogiline isa. Kuigi Jupiter ja Saturn on laenatud Rooma mütoloogiast ja Uraan on Vana-Kreeka mütoloogia jumal, on nende vahel olemas vastavused. Nimetus Uraan sai populaarseks ja järgmise sajandi keskelt üldkasutatavaks.

Uraani orbitaalperiood on ca 84 aastat, orbiidi suur pooltelg ca 19 a.ü. (ehk ta on keskmiselt ca 19 korda kaugem Päikeselt kui Maa). Planeedi orbiit on suhteliselt suure ekstsentrilisusega, seega afeelis on ta ca 2 a.ü. võrra Päikesest kaugem kui periheelis. Kõrvalekalded Uraani orbiidil lubasid 19. sajandi keskel järeldada, et Uraani taga asub massiivne planeet, mis oma gravitatsiooniväljaga kutsub neid kõrvalekaldeid esile. Planeet avastati 1846. a. ja sai nimetuse Neptuun.

Uraani pöörlemistelg on väga suure kaldega (97,8 kraadi, ehk täisnurgast natukene suurem). Võib järeldada, et planeedi pöörlemistelg on peaaegu paralleelne ekliptikaga ja et Uraan pöörleb vastupidises suunas võrreldes teiste planeetide enamusega. Ainult Veenus pöörleb Uraaniga samas suunas. Selle tulemusena võrduvad planeedi polaarsetel aladel öö ja päeva pikkused peaaegu poole Uraani aastaga, mis on ca 42 Maa aastat. Kui polaartelg on suunatud Päikese poole, on peaaegu tervel planeedi poolkeral päev ja teisel poolkeral on öö, ööpäeva vahetus toimub vaid ekvatoriaallaiustel. Polaarsed alad saavad keskmiselt rohkem energiat, kui ekvatoriaalsed. Samas on planeedi ekvatoriaalalad jälle soojemad. Põhjuseks võib-olla atmosfääridünaamika omapärad vms.

 

03-Uranus-intern-en

Uraani sisemine struktuur. Illustratsioon: 2011, https://commons.wikimedia.org kaudu.

Uraani keskmine tihedus on väike, vaid 1,3 g/cm3 - ainult Saturnil see on veel väiksem. Nii väike tihedus viitab sellele, et Uraani koostises on palju kergeid elemente, nagu vesi, ammoniaak ja metaan. Eeldatakse, et nendest elementidest koosneb planeedi massiivne vahevöö, mille mass on erinevates mudelites 9,3 – 13,5 Maa massi. Neid elemente nimetatakse tihti „jäädeks“, kuigi vahevöö kõrge temperatuuri ja rõhu tõttu esinevad nad selles vedelkujul. Eeldatakse, et kõrgete temperatuuride tõttu võivad metaani molekulid laguneda süsinikuks ja vesinikuks ja süsinik võib moodustada tuuma peale sadestuva teemandi. Erinevalt gaashiidudest (Jupiterist ja Saturnist), on vesiniku ja heeliumi sisaldus Uraanil väike, vaid 0,5 – 1,5 Maa massi. Uraani keskel on põhiliselt silikaatidest (aga ka rauast ja niklist) koosnev tuum massiga 0,5 Maa massi või rohkem. Tuuma temperatuur on ca 5000 K.

Enamik mudelitest eeldab, et Uraanil puudub koor, seega ka tahke pind. Vedelikest koosnev vahevöö läheb sujuvalt üle atmosfääriks, vahepealsetes kihtides aine asub vedeliku ja gaasi vahelises olekus. Mugavuse mõttes loetakse planeedi „pinnaks“ nivood, kus atmosfääri rõhk on 100 kPa (1 bar).

Võrreldes gaashiidudega, ning ka Neptuuniga, on soojusvoog Uraani sisemistest kihtidest väga madal. Uraan kiirgab peaaegu samapalju või natukene rohkem energiat kui ta Päikeselt saab. Võrdluseks, kiirgab Neptuun 2,6 korda rohkem energiat kui ta Päikesel tsaab. Niivõrd väikese soojusvoo põhjus on täpselt teadmata. Selle kohta on pakutud erinevaid hüpoteese. Näiteks on võimalik, et oma evolutsiooni varajasel etapil toimus Uraani kokkupõrge teise suure planeediga, mille tulemusena kiirgas Uraan lühikese aja jooksul suure osa oma soojusenergiast. Teine hüpotees eeldab, et Uraani sees on soojusvoo väljumist takistav kiht.

 

03-uraan-800px-Tropospheric profile Uranus new.svg
Uraani atmosfääri vertikaalne struktuur. Illustratsioon: 2010, https://en.wikipedia.org kaudu.

Analoogselt gaashiidudega, on Uraanil paks atmosfäär, mis koosneb enamasti vesinikust, ca 83 % ruumala järgi ja heeliumist, ca 15 % - massi järgi see on ca 26 %. Kolmandaks komponendiks on metaan - ca 2,3 %. Tänu metaani neeldumisjoontele on Uraani värvus sinikas. Atmosfääri alumiseks kihiks on troposfäär, mis ulatub kõrguselt -300 km (alla 1 bar taseme) kõrguseni ca 50 km. Temperatuur troposfääris langeb kõrgusega ca -55 0C kraadist kuni ca -220 0C. Kõrguse vahemikus ca 50 km – 4000 km on stratosfäär ja siin toimub rõhulangus 0,1 bar-ist kuni 10-10 bar-ini. Mesosfäär puudub ning stratosfäär läheb otseselt üle termosfääriks, kus temperatuur kasvab kõrgusega. Termosfäär ulatub kõrgusteni kuni mitukümmend tuhat km.

Uraani atmosfäär on suhteliselt stabiilne, selles ei ole märgatud tormilisi protsesse. Esinevad tuuled kiirustega kuni 240 m/s, mis puhuvad paralleelselt ekvaatoriga. Aeg-ajalt on näha üksikuid pilvi. Samas on märgatavad aastaaegade vahetusega seotud muudatused. Lõunapoolkera, kus praegu on suvi, on aktiivsem võrreldes põhjapoolkeraga. Lõunapoolkera keskmistel laiustel on avastatud hele ring, mis ümbritseb planeeti.

Uraanil on tugev magnetväli. Dipooli telg läbib planeeti üsna kaugelt tema keskpunktist - kauguselt ca 1/3 Uraani raadiust. Magnettelje nurk on pöörlemisteljega peaaegu 600. Maal on see nurk vaid ca 110. Sarnased omadused on ka Neptuuni magnetväljal. Eeldatakse, et jäähiidude magnetväljad genereeritakse mitte nende tuumades, nagu teistel planeetidel, vaid vedelas vahevöös. Magnetväli tekitab magnetosfääri, mis sarnaneb teiste planeetide omaga.

Nagu teistel hiidplaneetidelgi, on Uraanil ringide süsteem. Käesolevaks ajaks on teada 13 ringi, kõige kaugem ja laiem neist on välise läbimõõduga ca 0,1 mln km ja laiusega ca 17 000 km. Erinevalt Saturni ringidest, on Uraani ringid palju nõrgemad ja väiksemad. Saturni ringide süsteem ulatub kauguseni peaaegu 0,5 mln km planeedist. Ringid koosnevad tolmust ja väikestest kehadest suurusega kuni mitu meetrit. Uraani ringide dünaamika uurimine näitab, et nad on suhteliselt noored - nende vanus ei ületa 600 tuhandet aastat ja need ei saanud tekkida koos Uraaniga. Eeldatavasti koosnevad nad ainest, mis on jäänud mingi kaaslase lagunemisest. Kokkupõrgete tõttu suurtel kiirustel toimus jääkide purustamine ja peenestus, osa ainest oli välja visatud ebastabiilsetelt orbiitidelt, ja osakesed on jäänud vaid stabiilsetele orbiitidele. Ringide olemasolu tuvastati alles 1977 a, kuigi juba Herschel omal ajal kirjeldas neid.

03-uranus hst big

Uraani ringide süsteem. Pilt: Erich Karkoschka/NASA, 1996, http://apod.nasa.gov/apod/ap960430.html kaudu.

Tänapäevaks on teada 27 Uraani kaaslast. Neid nimetati W. Shakespeare ja A. Pope teoste kangelaste järgi. Suurimad kaaslased on (planeedilt väljapoole) Miranda, Ariel, Umbriel, Titania, Oberon, nad tiirlevad peaaegu ringkujulistel orbiitidel raadiustega 129 – 580 tuhat km. Nendest kõige suurem on Titania, mille läbimõõt on ca 790 km, ehk üle 2 korra väiksem, kui Maa orbiidil tiirlev Kuu. Oberoni raadius on vaid 30 km võrra väiksem. Kaaslaste pind on suhteliselt tume, nad koosnevad silikaatidest ja kergete ainete (vesi, ammoniaak, süsihapegaas) jäädest. Uraanile lähedaim ja teistest suurtest kaaslastest väikseim Miranda on huvitavaim selle poolest, et tema pind omab väga keerulist reljeefi. Mirandal on väga sügavad kanjonid, murrud, harjad jms. Need iseärasused viitavad geoloogilisele aktiivsusele, mis võib olla seotud orbitaalresonantsiga minevikus.

03-uranus-Miranda

Miranda. Pilt: NASA/Voyager 2, 1986, https://commons.wikimedia.org kaudu.

Suurte kaaslaste orbiitidest seespool tiirlevad väiksemad kaaslased, mida on kokku 13. Suurim nendest on Portia, mille läbimõõt ca 135 km. Sisemised kaaslased on tihedalt seotud planeedi ringidega. Nad mõjutavad üksteist oma gravitatsiooniga ja nende orbiidid ei ole stabiilsed, seega on tulevikus võimalikud nendevahelised kokkupõrked. Üheksa väliskaaslast tiirlevad ebaregulaarsetel orbiitidel ja 8 neist tiirlevad vastupidises suunas teiste kaaslaste suhtes. Orbiitide suured poolteljed on mitu korda pikemad, kui Oberonil, ekstsentrilisused on väga kõrged. On võimalik, et need objektid on Uraani orbiidile haaratud asteroidid. Suurima ebaregulaarse kaaslase läbimõõt on ca 150 km.

Siiamaani ainsaks kosmosesondiks, mis Uraanile ligines, oli NASA „Voyager 2“. Ta startis 1977. a ja teostas Jupiteri ning Saturni möödalennud vastavalt 1979. a ja 1981. a. Sond jõudis Uraanini 1986. a jaanuaris ja teostas planeedi möödalendu minimaalsel kaugusel 81,5 tuhat km. Uraani gravitatsioon suunas teda edasi Neptuuni poole, kuhu ta jõudis 1989. a. Sond uuris Uraani kliimat, magnetvälja, kaaslasi ja ringide süsteemi („Voyager 2“ piltidel õnnestus avastada 2 uut ringi). Käesoleval ajal kaaluvad nii NASA kui ka ESA võimalusi saata Uraanile orbitaalsonde, mis stardiksid 2020-ndatel aastatel ja jõuaksid planeedi orbiidile 2030-ndatel aastatel.

Autor: Vladislav-Veniamin Pustõnski / Green Vironia OÜ

Allikad:

https://en.wikipedia.org/wiki/Uranus
http://nineplanets.org/uranus.html
http://www.space.com/45-uranus-seventh-planet-in-earths-solar-system-was-first-discovered-planet.html
https://solarsystem.nasa.gov/planets/profile.cfm?Object=Uranus