✖


Jump to content

Климат Урана

(Перенаправлено с Темного пятна Урана )
Южное полушарие Урана в приблизительно естественном цвете (слева) и в более высоких длинах волн (справа), демонстрирующее его слабые полосы облаков и атмосферный «капюшон», виденный «Вояджером-2».

Урана На климат сильно влияет как недостаток внутреннего тепла, что ограничивает атмосферную активность, так и чрезмерный наклон его оси, вызывающий интенсивные сезонные колебания. Атмосфера Урана удивительно мягкая по сравнению с атмосферой других планет-гигантов, на которые он во многом похож. [1] [2] Когда «Вояджер-2» пролетал мимо Урана в 1986 году, он наблюдал в общей сложности десять облаков по всей планете. [3] [4] Более поздние наблюдения с земли или с помощью космического телескопа «Хаббл», проведенные в 1990-х и 2000-х годах, выявили яркие облака в северном (зимнем) полушарии. темное пятно, похожее на Большое темное пятно на Нептуне . В 2006 году было обнаружено [5]

Полосатая структура, ветры и облака

[ редактировать ]
Уран в 2005 году. Видны кольца, южное воротник и светлое облако в северном полушарии.
Снимки Хаббла, показывающие сезонные изменения в атмосфере Урана. Юг Урана находится вверху справа, а север — внизу слева. Южная полярная шапка исчезает в период с 2007 по 2011 год, а северная полярная шапка появляется в период с 2010 по 2015 год.

Первые предположения о полосах и погоде на Уране появились в 19 веке, например, наблюдение в марте и апреле 1884 года белой полосы, частично вращающейся вокруг экватора Урана, всего через два года после «весеннего» равноденствия Урана. [6]

В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил, что видимое южное полушарие Урана можно разделить на две области: яркую полярную шапку и темные экваториальные полосы (см. рисунок справа). [3] Их граница расположена примерно на уровне −45 градусов широты . Узкая полоса, охватывающая диапазон широт от -45 до -50 градусов, является самой яркой крупной особенностью на видимой поверхности Урана. [3] [7] Его называют южным «воротником». Считается, что шапка и воротник представляют собой плотную область метановых облаков, расположенную в диапазоне давлений от 1,3 до 2 бар . [8] К сожалению, «Вояджер-2» прибыл в разгар южного лета на Уран и не смог наблюдать северное полушарие . Однако в конце 1990-х и начале XXI века, когда стала видна северная полярная область, космический телескоп Хаббла (HST) и телескоп Кека первоначально не наблюдали ни воротника, ни полярной шапки в северном полушарии. [7] Таким образом, Уран оказался асимметричным: ярким вблизи южного полюса и равномерно темным в области к северу от южного воротника. [7] Однако в 2007 году, когда Уран прошел точку равноденствия, южный воротник почти исчез, тогда как около 45 градусов широты появился слабый северный воротник . [9] Видимая широтная структура Урана отличается от структуры Юпитера и Сатурна , которые демонстрируют множество узких и красочных полос. [1]

Помимо крупномасштабной полосчатой ​​структуры, «Вояджер-2» наблюдал десять небольших ярких облаков, большинство из которых лежало на несколько градусов к северу от воротника. [3] Во всем остальном Уран в 1986 году выглядел как динамически мертвая планета. Однако в 1990-е годы количество наблюдавшихся ярких облачных элементов значительно выросло. [1] Большинство из них были обнаружены в северном полушарии, когда они начали становиться видимыми. [1] Распространенным, хотя и неправильным объяснением этого факта было то, что яркие облака легче различить в его темной части, тогда как в южном полушарии их маскирует яркий воротник. [10] Тем не менее, между облаками каждого полушария существуют различия. Северные облака меньше, резче и ярче. [11] Судя по всему, они лежат на большей высоте , что связано с тем, что до 2004 года (см. ниже) не наблюдалось ни одного южного полярного облака на длине волны 2,2 микрометра . [11] который чувствителен к метана поглощению регулярно наблюдаются северные облака , тогда как в этом диапазоне длин волн . Время жизни облаков составляет несколько порядков. Некоторые небольшие облака живут несколько часов, тогда как по крайней мере одно южное облако сохранилось после пролета «Вояджера». [1] [4] Недавние наблюдения также показали, что особенности облаков на Уране имеют много общего с облаками на Нептуне, хотя погода на Уране гораздо спокойнее. [1]

Темное пятно Урана

[ редактировать ]
Первое темное пятно наблюдалось на Уране. Изображение было получено ACS на HST в 2006 году.

Темные пятна, распространенные на Нептуне, никогда не наблюдались на Уране до 2006 года, когда было получено первое изображение такого объекта. [12] В том же году наблюдения с космических телескопов «Хаббл» и «Кек» выявили небольшое темное пятно в северном (зимнем) полушарии Урана. Он располагался на широте около 28 ± 1° и имел размеры примерно 2° (1300 км) по широте и 5° (2700 км) по долготе. [5] Объект под названием «Темное пятно Урана» (UDS) двигался в прямом направлении относительно вращения Урана со средней скоростью 43,1 ± 0,1 м/с , что почти на 20 м/с быстрее скорости облаков на той же широте. [5] Широта UDS была примерно постоянной. Объект различался по размеру и внешнему виду и часто сопровождался ярким белым облаком под названием Bright Companion (BC), которое двигалось почти с той же скоростью, что и сам UDS. [5]

Поведение и внешний вид UDS и его яркого спутника были аналогичны Нептунианским Большим Темным Пятнам (GDS) и их ярким спутникам соответственно, хотя UDS был значительно меньше. Такое сходство позволяет предположить, что они имеют одно и то же происхождение. Гипотеза GDS была антициклоническими вихрями в атмосфере Нептуна, а их яркими спутниками считались метановые облака, образующиеся в местах подъема воздуха ( орографические облака ). [5] Предполагается, что UDS имеет аналогичную природу, хотя на некоторых длинах волн он выглядел иначе, чем GDS. Хотя GDS имела самый высокий контраст на длине волны 0,47 мкм, UDS не был виден на этой длине волны. С другой стороны, UDS продемонстрировал самый высокий контраст при 1,6 мкм, где GDS не были обнаружены. [5] Это означает, что темные пятна на двух ледяных гигантах расположены на несколько разных уровнях давления — давление Урана, вероятно, лежит около 4 бар. Темный цвет UDS (как и GDS) может быть вызван истончением нижележащих облаков сероводорода или гидросульфида аммония . [5]

Зональные скорости ветра на Уране. Заштрихованные области показывают южный воротник и его будущий северный аналог. Красная кривая симметрично соответствует данным.

Появление темного пятна на полушарии Урана, находившемся в темноте в течение многих лет, указывает на то, что в районе равноденствия Уран вступил в период повышенной погодной активности. [5]

Ветры

[ редактировать ]

Отслеживание многочисленных особенностей облаков позволило определить зональные ветры, дующие в верхней тропосфере Урана. [1] На экваторе ветры ретроградные, то есть дуют в направлении, обратном вращению планеты. Их скорости от −100 до −50 м/с. [1] [7] Скорость ветра увеличивается по мере удаления от экватора, достигая нулевых значений вблизи широты ±20°, где находится температурный минимум тропосферы. [1] [13] Ближе к полюсам ветры смещаются в попутное направление, протекая по мере своего вращения. Скорость ветра продолжает увеличиваться, достигая максимума на широте ±60°, а затем падает до нуля на полюсах. [1] Скорость ветра на широте −40° колеблется от 150 до 200 м/с. Поскольку воротник закрывает все облака ниже этой параллели, скорость между ним и южным полюсом невозможно измерить. [1] Напротив, в северном полушарии максимальные скорости до 240 м/с наблюдаются вблизи +50 градусов широты. [1] [7] Эти скорости иногда приводят к неверным утверждениям о том, что в северном полушарии ветры сильнее. Фактически, в северной части Урана ветры немного медленнее, особенно на средних широтах от ± 20 до ± 40 градусов. [1] В настоящее время нет единого мнения о том, произошли ли какие-либо изменения скорости ветра с 1986 года. [1] [7] [14] и ничего не известно о гораздо более медленных меридиональных ветрах. [1]

Сезонные колебания

[ редактировать ]

Определить природу этих сезонных изменений сложно, поскольку хорошие данные об атмосфере Урана существуют менее чем за один полный уранийский год (84 земных года). [15] Однако был сделан ряд открытий. Фотометрия в течение полугода Урана (начиная с 1950-х годов) показала закономерное изменение блеска в двух спектральных диапазонах : максимумы приходятся на солнцестояния , а минимумы — на равноденствия . [16] Аналогичное периодическое изменение с максимумами в дни солнцестояний было отмечено при микроволновых измерениях глубокой тропосферы, начатых в 1960-х годах. [17] Измерения температуры стратосферы , начавшиеся в 1970-х годах, также показали максимальные значения вблизи солнцестояния 1986 года. [18]

Изображения HST показывают изменения в атмосфере Урана по мере его приближения к равноденствию (правое изображение).

Считается, что большая часть этой изменчивости происходит из-за изменений в геометрии обзора . Уран представляет собой сплюснутый сфероид , поэтому его видимая площадь увеличивается, если смотреть с полюсов . Это частично объясняет его более яркое появление в дни солнцестояний. [16] Известно также, что Уран демонстрирует сильные зональные вариации альбедо (см. Выше). [10] Например, южная полярная область Урана намного ярче экваториальных полос. [3] Кроме того, оба полюса демонстрируют повышенную яркость в микроволновой части спектра. [19] тогда как полярная стратосфера, как известно, холоднее экваториальной. [18] Таким образом, сезонные изменения, по-видимому, происходят следующим образом: полюса, которые яркие как в видимом, так и в микроволновом диапазонах спектра, появляются в поле зрения во время солнцестояний, что приводит к более яркой планете, тогда как темный экватор виден в основном вблизи равноденствий, что приводит к более темной планете. [10] Кроме того, затмения в дни солнцестояний исследуют более горячую экваториальную стратосферу. [18]

Видимая звездная величина Урана в двух спектральных диапазонах (верхний график) [16] с поправкой на расстояние, эффективную микроволновую температуру (средний график) и температуру стратосферы (нижний график). [17] Синяя полоса сосредоточена при 470 нм, желтая при 550 нм.

Однако есть некоторые основания полагать, что на Уране происходят сезонные изменения. Хотя известно, что Уран имеет яркую южную полярную область, северный полюс довольно тусклый, что несовместимо с моделью сезонных изменений, изложенной выше. [20] Во время своего предыдущего северного солнцестояния в 1944 году Уран демонстрировал повышенный уровень яркости, что позволяет предположить, что северный полюс не всегда был таким тусклым. [16] Эта информация подразумевает, что видимый полюс светлеет за некоторое время до солнцестояния и темнеет после равноденствия . [20] Детальный анализ видимых и микроволновых данных показал, что периодические изменения яркости не полностью симметричны вокруг солнцестояний, что также указывает на изменение структуры альбедо . [20] Кроме того, микроволновые данные показали увеличение контраста между полюсом и экватором после солнцестояния 1986 года. [19] Наконец, в 1990-х годах, когда Уран отошел от своего солнцестояния , Хаббл и наземные телескопы показали, что южная полярная шапка заметно потемнела (за исключением южного воротника, который оставался ярким). [8] тогда как северное полушарие демонстрировало возрастающую активность, [4] такие как образование облаков и более сильный ветер, что усилило ожидания того, что скоро станет яснее. [11] аналога яркого полярного воротника, имеющегося в его южном полушарии на уровне -45°. В частности, в северной части ожидалось появление [20] Это действительно произошло в 2007 году, когда Уран прошел равноденствие: возник слабый северный полярный воротник, тогда как южный воротник стал почти невидимым, хотя зональный профиль ветра оставался асимметричным, причем северные ветры были немного медленнее, чем южные. [9]

Механизм физических изменений до сих пор не ясен. [20] В период летнего и зимнего солнцестояния полушария Урана попеременно лежат либо в ярком свете солнечных лучей, либо обращены в глубокий космос. Считается, что повышение освещенности полушария вызвано локальным утолщением метановых облаков и слоев дымки , расположенных в тропосфере . [8] Яркий воротник на широте −45° также связан с метановыми облаками. [8] Другие изменения в южной полярной области можно объяснить изменениями в нижних слоях облаков. [8] Изменение микроволнового излучения Урана, вероятно, вызвано изменениями в глубокой тропосферной циркуляции , поскольку густые полярные облака и дымка могут подавлять конвекцию. [19]

В течение короткого периода во второй половине 2004 г. в атмосфере Урана появилось несколько крупных облаков, придавших ей вид, подобный Нептуну . [11] [21] Наблюдения включали рекордную скорость ветра в 824 км/ч и непрекращающуюся грозу, которую называют «фейерверком четвертого июля». [4] Почему произошел такой внезапный всплеск активности, до конца не известно, но похоже, что резкий наклон оси Урана приводит к резким сезонным колебаниям его погоды. [12] [20]

Модели циркуляции

[ редактировать ]
Изображение Урана, сделанное HST в 1998 году, показывает облака в северном полушарии.
Зеленоватый цвет атмосферы Урана обусловлен метаном и высотным фотохимическим смогом. «Вояджер-2» получил этот вид седьмой планеты при выходе из системы Урана в конце января 1986 года. На этом изображении Уран виден примерно вдоль его полюса вращения.

Было предложено несколько решений, объясняющих спокойную погоду на Уране. Одно из предлагаемых объяснений отсутствия облачных особенностей заключается в том, что внутреннее тепло Урана значительно ниже, чем у других планет-гигантов; с астрономической точки зрения он имеет низкий внутренний тепловой поток . [1] [13] Почему тепловой поток Урана настолько низок, до сих пор не понятно. Нептун , который является близким близнецом Урана по размеру и составу, излучает в космос в 2,61 раза больше энергии, чем получает от Солнца. [1] Уран, напротив, практически не излучает избыточного тепла. Полная мощность, излучаемая Ураном в дальней инфракрасной (т.е. тепловой ) части спектра, в 1,06 ± 0,08 раза превышает солнечную энергию, поглощенную в его атмосфере . [22] [23] На самом деле тепловой поток Урана составляет всего 0,042 ± 0,047 Вт/м. 2 , что ниже внутреннего теплового потока Земли примерно на 0,075 Вт/м. 2 . [22] Самая низкая температура, зарегистрированная в тропопаузе Урана, составляет 49 К (-224 ° C), что делает Уран самой холодной планетой Солнечной системы, холоднее, чем Нептун . [22] [23]

Другая гипотеза гласит, что, когда Уран был «опрокинут» сверхмассивным ударником, который вызвал его чрезмерный наклон оси, это событие также заставило его выбросить большую часть своего изначального тепла, оставив его с пониженной температурой ядра. Другая гипотеза состоит в том, что в верхних слоях Урана существует некий барьер, который не позволяет теплу ядра достигать поверхности. [24] Например, конвекция может иметь место в ряде слоев с различным составом, что может препятствовать переносу тепла вверх . [22] [23]

Ссылки

[ редактировать ]
  1. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Сромовский и Фрай 2005 .
  2. ^ Пьерумбер, Раймонд Т. (2 декабря 2010 г.). Принципы планетарного климата . Издательство Кембриджского университета . п. 20. ISBN  9781139495066 . Проверено 19 ноября 2014 г.
  3. ^ Перейти обратно: а б с д и Смит Содерблом и др. 1986 год .
  4. ^ Перейти обратно: а б с д Лакдавалла 2004 .
  5. ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час Хаммель Сромовский и др. 2009 .
  6. ^ Перротен, Анри (1 мая 1884 г.). «Аспект Урана» . Природа . 30:21 ​ . Проверено 4 ноября 2018 г.
  7. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Хаммель де Патер и др. («Уран в 2003 году») 2005 год .
  8. ^ Перейти обратно: а б с д и Рэйджес Хаммель и др. 2004 .
  9. ^ Перейти обратно: а б Сромовский Фрай и др. 2009 .
  10. ^ Перейти обратно: а б с Каркошка («Уран») 2001 г.
  11. ^ Перейти обратно: а б с д Хаммель де Патер и др. («Уран в 2004 году») 2005 г.
  12. ^ Перейти обратно: а б Сромовский Фрай и др. 2006 год .
  13. ^ Перейти обратно: а б Ханель Конрат и др. 1986 год .
  14. ^ Хаммель Рэйджес и др. 2001 .
  15. ^ Шеперд, Джордж (1861). Климат Англии . Лонгман, Грин, Лонгман и Робертс. п. 28 . Проверено 19 ноября 2014 г. Планета Уран совершает свой оборот вокруг Солнца за 84 года.
  16. ^ Перейти обратно: а б с д Локвуд и Ежикевич 2006 .
  17. ^ Перейти обратно: а б Кляйн и Хофштадтер 2006 .
  18. ^ Перейти обратно: а б с Молодой 2001 год .
  19. ^ Перейти обратно: а б с Хофштадтер и Батлер 2003 .
  20. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Хаммел и Локвуд 2007 .
  21. ^ Девитт 2004 .
  22. ^ Перейти обратно: а б с д Перл Конрат и др. 1990 .
  23. ^ Перейти обратно: а б с Луна 1993 года .
  24. ^ Podolak Weizman et al. 1995 .

Источники

[ редактировать ]
Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Climate_of_Uranus&oldid=1235811071#Uranus_Dark_Spot"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 65df3bc38c2f39248e1f93b084900c5e__1721546160
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/65/5e/65df3bc38c2f39248e1f93b084900c5e.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Climate of Uranus - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)