49^ο ΓΕΝΙΚΟ ΛΥΚΕΙΟ ΑΘΗΝΩΝ

Πρόλογος   Εισαγωγή: Πλανητικά Καιρικά Φαινόμενα    Ερμής    Αφροδίτη    Άρης     Δίας    Κρόνος    Ουρανός    Ποσειδώνας    Πλούτωνας    Δορυφόροι 

 Γη      Επίλογος    ΕΤΗΣΙΑ ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΜΕΤΕΩΡΟΛΟΓΙΚΩΝ ΠΑΡΑΜΕΤΡΩΝ 2019     Βιβλιογραφία

Ουρανός

  Ο Ουρανός είναι ο έβδομος σε απόσταση από τον Ήλιο, ο τρίτος μεγαλύτερος και ο τέταρτος σε μάζα πλανήτης του Ηλιακού συστήματος, Το όνομα προέρχεται από την αρχαία ελληνική θεότητα του ουρανού, ο οποίος ήταν πατέρας του Κρόνου και παππούς του Δία.

  Ο Ουρανός είναι ένας μεγάλος πλανήτης, ένας από τους τέσσερις γίγαντες αερίων του ηλιακού μας συστήματος, αλλά στη δομή μοιάζει περισσότερο με τον Ποσειδώνα, παρά με τους άλλους δύο. Λόγω της μεγάλης απόστασής του από τη Γη, δεν είναι σχεδόν καθόλου ορατός με γυμνό μάτι. Το 1977 ανακαλύφθηκε ότι ο Ουρανός έχει ένα σύστημα από δακτυλίους. Όλοι οι δακτύλιοι και οι δορυφόροι βρίσκονται σχεδόν στο ίδιο επίπεδο, το επίπεδο του Ισημερινού του πλανήτη. Έχει έναν πετρώδη πυρήνα, στο μέγεθος της Γης, που καλύπτεται από έναν βαθύ ωκεανό νερού και αμμωνίας, ο οποίος περιβάλλεται από μια ατμόσφαιρα που αποτελείται από υδρογόνο, ήλιο και μεθάνιο.

Ο πλανήτης Ουρανός χτυπήθηκε κάποτε από ένα διαστημικό σώμα διπλάσιο της Γης

  Το χαρακτηριστικό που ξεχωρίζει τον Ουρανό από όλους τους άλλους πλανήτες του ηλιακού συστήματος είναι ότι ο άξονας περιστροφής γύρω από τον εαυτό του βρίσκεται σχεδόν πάνω στην εκλειπτική, το επίπεδο δηλαδή πάνω το οποίο βρίσκεται η τροχιά του γύρω από τον Ήλιο. Έτσι, καθώς ο Ουρανός περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο και τον εαυτό του, μοιάζει σαν να "κυλά" πάνω στην τροχιά του. Καθώς οι δορυφόροι και οι δακτύλιοί του περιστρέφονται κάθετα στον ισημερινό του πλανήτη, το όλο σύστημα μοιάζει σαν ένας "στόχος". Το αποτέλεσμα στο «ημερολόγιο» του Ουρανού είναι ότι κάθε πόλος έχει πολύ μεγάλη περίοδο νύχτας και μια πολύ μεγάλη περίοδο ημέρας, 42 γήινα έτη. Το χαρακτηριστικό αυτό του Ουρανού έχει επιπτώσεις και στη μαγνητόσφαιρά του, που μοιάζει με τιρμπουσόν που συστρέφεται στην πλευρά του πλανήτη που είναι στραμμένη μακριά από τον Ήλιο. Αυτή η απόκλιση από τα όσα ισχύουν για τους υπόλοιπους πλανήτες δεν έχει εξηγηθεί μέχρι σήμερα. Εκτός αυτού, ο Ουρανός περιστρέφεται γύρω από τον εαυτό του από τα ανατολικά προς τα δυτικά, όπως δηλαδή και η Αφροδίτη. Αυτός ο παράξενος προσανατολισμός του εικάζεται ότι οφείλεται σε μία βίαιη πλανητική σύγκρουση, που συνέβη στα πρώτα στάδια της ιστορίας του Ηλιακού μας συστήματος.

  Ακριβώς εξαιτίας της μεγάλης κλίσης του άξονα περιστροφής του, οι πολικές περιοχές του Ουρανού δέχονται περισσότερο φως στην διάρκεια του έτους του απ’ όσο οι περιοχές του ισημερινού του, γι’ αυτό και θα περίμενε κάποιος ότι θα είναι κατά μέσο όρο θερμότερες.    Περιέργως, όμως, συμβαίνει το αντίθετο, γεγονός που προς το παρόν παραμένει ανεξήγητο. Εκτός αυτού, η μεγάλη κλίση του άξονα περιστροφής του προκαλεί ακραίες εποχιακές εναλλαγές, αφού κάθε πόλος του πλανήτη στρέφεται για δύο συνεχόμενες εποχές διάρκειας 21 ετών η κάθε μία προς τον Ήλιο, βυθίζοντας το αντίθετο ημισφαίριο στο σκοτάδι.

Με ελαφρές αποχρώσεις του θαλασσί, του ροζ και του λευκού, ο Ουρανός προσφέρει νέα στοιχεία σχετικά με τις ατέλειωτες εποχές του, οι οποίες διαρκούν δεκαετίες. Ένα τεράστιο λευκό «καπάκι» πάνω από τη βόρεια πολική περιοχή του Ουρανού έχει αυξηθεί σημαντικά από τότε που παρατηρήθηκε για πρώτη φορά πριν από 10 χρόνια, δείχνει ένα παρατεταμένο καλοκαίρι.

  Η εσωτερική θερμότητα του Ουρανού είναι αισθητά χαμηλότερη από εκείνη των άλλων μεγάλων πλανητών· σε αστρονομικούς όρους, έχει μικρή θερμική ροή. Ο λόγος για τον οποίο η εσωτερική θερμοκρασία του Ουρανού είναι τόσο χαμηλή δεν είναι ακόμα κατανοητός. Ο Ποσειδώνας, ο οποίος είναι σχεδόν δίδυμος με τον Ουρανό στο μέγεθος και τη σύνθεση, ακτινοβολεί 2,61 φορές περισσότερη ενέργεια στο διάστημα απ´ όση λαμβάνει από τον Ήλιο. Ο Ουρανός, αντιθέτως, ακτινοβολεί ελάχιστη περισσότερη θερμότητα απ´ όση δέχεται. Η συνολική ισχύς που εκπέμπεται από τον Ουρανό στο μακρινό υπέρυθρο μέρος του φάσματος (δηλαδή η θερμότητα ) είναι 1,06 ± 0,08 φορές η ηλιακή ενέργεια που απορροφάται από την ατμόσφαιρα. Στην πραγματικότητα, η ροή θερμότητας του Ουρανού είναι μόνο 0,042 ± 0,047 W / m², η οποία είναι χαμηλότερη από την εσωτερική ροή θερμότητας της Γης, περίπου 0,075 W / m². Η χαμηλότερη θερμοκρασία που καταγράφεται στην τροπόπαυση του Ουρανού είναι 49 Κ (-224 °C), καθιστώντας τον Ουρανό τον ψυχρότερο πλανήτη στο Ηλιακό Σύστημα.

  Αν και δεν υπάρχει σαφώς καθορισμένη στερεή επιφάνεια στον Ουρανό, το ακραίο τμήμα του αέριου περιβλήματος του Ουρανού που είναι προσβάσιμο με τηλεανίχνευση ονομάζεται ατμόσφαιρα. Αυτή η ικανότητα επεκτείνεται σε απόσταση περίπου 300 χιλιόμετρα εντός του πλανήτη από το επίπεδο του ενός bar (100 kPa ), και έχει πίεση γύρω στα 100 bar (10 MPa) και θερμοκρασίες της τάξης των 320 K. Το αδύναμο στέμμα της ατμόσφαιρας επεκτείνεται εντυπωσιακά σε απόσταση μεγαλύτερη από δύο πλανητικές ακτίνες από την ονομαστική επιφάνεια σε πίεση 1 bar. Η ουράνια ατμόσφαιρα μπορεί να διαιρεθεί σε τρία στρώματα: την τροπόσφαιρα, ανάμεσα ύψη των  300 και 50 χλμ και πιέσεων 100 - 0,1 bar (10 MPa έως 10 kPa), τη στρατόσφαιρα, που εκτείνεται σε υψόμετρο μεταξύ 50 και 4000 χιλιομέτρων και πιέσεις μεταξύ 0,1 και 10-10 bar (10 kPa έως 10 μΡa), καθώς και τη θερμόσφαιρα ή στέμμα που εκτείνεται σε απόσταση από 4.000 χιλιόμετρα μέχρι σε τόσο μεγάλη όσο 50.000 χιλιόμετρα από την επιφάνεια. Δεν υπάρχει μεσόσφαιρα.

  Εδώ και δεκαετίες, οι καλύτερες εικόνες του μακρινού πλανήτη Ουρανό δείχνουν μόνο μια γαλαζοπράσινη σφαίρα χωρίς κανένα ορατό χαρακτηριστικό. Τώρα, μια νέα τεχνική παρατήρησης επέτρεψε στους αστρονόμους να διακρίνουν λεπτομέρειες και βίαια μετεωρολογικά συστήματα.

Νέες υπέρυθρες εικόνες του πλανήτη Ουρανού μας αποκαλύπτουν την «παγωμένη κόλαση» που επικρατεί στην επιφάνειά του (Credit: NASA/ESA/L. A. Sromovsky/P. M. Fry/H. B. Hammel/I. de Pater/K. A. Rages)

  Αν και είναι ο τρίτος μεγαλύτερος πλανήτης του Ηλιακού Συστήματος, μετά τον Δία και τον Κρόνο, ο Ουρανός παραμένει μυστηριώδης, αφού βρίσκεται 30 φορές πιο μακριά από τον Ήλιο, σε σχέση με τη Γη, και παραμένει κρυμμένος στο αιώνιο λυκόφως. Ακόμα και η αποστολή Voyager, η οποία πέρασε από τον Ουρανό το 1986, κατάφερε να δει μόνο μια τιρκουάζ σφαίρα, Οι νέες εικόνες αποκαλύπτουν ότι ο Ουρανός μοιάζει τελικά με τους υπόλοιπους αέριους γίγαντες του Ηλιακού Συστήματος, τον Δία, τον Κρόνο και τον Ποσειδώνα: είναι τυλιγμένος σε ζώνες περιστρεφόμενων σύννεφων και η ατμόσφαιρά του μαστίζεται από γιγάντιους κυκλώνες.

  Με βάση παρατηρήσεις το 2012  είναι γνωστό πως στον πλανήτη οι άνεμοι πνέουν συνήθως από τα ανατολικά, με ταχύτητες που φτάνουν τα 900 χιλιόμετρα την ώρα, ενώ στο βόρειο πόλο διακρίνονται διάφορα ρεύματα μεταφοράς θερμότητας. Η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας είναι περιορισμένη στους -240 βαθμούς Κελσίου.

  Η σύνθεση της Ουράνιας ατμόσφαιρας είναι διαφορετική από τη σύνθεση ολόκληρου του πλανήτη, επειδή αποτελείται κυρίως από μοριακό υδρογόνο και  ήλιο. Το μοριακό κλάσμα του ηλίου, δηλαδή ο αριθμός των ατόμων ηλίου ανά μόριο αερίου, είναι 0,15 ± 0,03 στην ανώτερη τροπόσφαιρα, που αντιστοιχεί σε κλάσμα μάζας 0,26 ± 0,05. Η τιμή αυτή είναι πολύ κοντά στο πρωτοηλιακό κλάσμα μάζας του ηλίου 0,275 ± 0,01, που δείχνει ότι το ήλιο δεν έχει μετακινηθεί προς το κέντρο του πλανήτη, όπως συνέβη στους γίγαντες αερίου. Το τρίτο πιο άφθονο συστατικό της ατμόσφαιρας του Ουρανού είναι το μεθάνιο (CH₄). Το μεθάνιο έχει εξέχουσες ζώνες απορρόφησης στο ορατό και στο εγγύς υπέρυθρο (IR) φάσμα, καθιστώντας τον Ουρανό γαλαζοπράσινου ή κυανού χρώματος.

Δομή του Ουρανού

   Τα μόρια μεθανίου αντιπροσωπεύουν το 2,3% της ατμόσφαιρας από το μοριακό κλάσμα κάτω από το επίπεδο του σύννεφου μεθανίου στο επίπεδο πίεσης 1,3 bar (130 kPa)· αυτό αντιπροσωπεύει περίπου 20 με 30 φορές την αφθονία άνθρακα που βρέθηκε στον Ήλιο. Η αναλογία ανάμειξης είναι πολύ χαμηλότερη στην ανώτερη ατμόσφαιρα, λόγω της εξαιρετικά χαμηλής θερμοκρασίας της, η οποία υποβαθμίζει το επίπεδο κορεσμού και προκαλεί στο επιπλέον μεθάνιο πήξη. Η αφθονία των λιγότερο πτητικών ενώσεων, όπως η αμμωνία, το νερό και το υδρόθειο στην κατώτερη ατμόσφαιρα είναι ελάχιστα γνωστές. Ωστόσο, είναι πιθανόν να είναι επίσης υψηλότερες από αυτές του Ήλιου. Μαζί με το μεθάνιο, ίχνη διαφόρων υδρογονανθράκων βρίσκονται στη στρατόσφαιρα του Ουρανού, οι οποίοι πιστεύεται ότι παράχθηκαν από μεθάνιο το οποίο υπέστη φωτόλυση από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία (UV). Περιλαμβάνουν αιθάνιο  (C₂H₆), ακετυλένιο (C₂H₂), προπίνιο (CH₃C₂H) και διακετυλένιο (C₂HC₂H). Η φασματοσκοπία αποκάλυψε, επίσης, ίχνη υδρατμών, μονοξειδίου του άνθρακα και διοξειδίου του άνθρακα στην ανώτερη ατμόσφαιρα, τα οποία μπορεί μόνο να κατάγονται από μια εξωτερική πηγή, όπως από σκόνη και τους κομήτες.

  Ο Ουρανός έχει 27 γνωστούς δορυφόρους.

Λεπτομέρεια από φωτογραφία του πλανήτη Ουρανού

  Το στιγμιότυπο του Ουρανού, όπως και η εικόνα του Ποσειδώνα, αποκαλύπτει ένα κυρίαρχο χαρακτηριστικό: ένα τεράστιο φωτεινό καταιγισμό καμπύλο σύννεφο στον βόρειο πόλο.
Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι αυτό το νέο χαρακτηριστικό είναι αποτέλεσμα της μοναδικής περιστροφής του Ουρανού. Σε αντίθεση με κάθε άλλο πλανήτη στο ηλιακό σύστημα, ο Ουρανός είναι σχεδόν αναποδογυρισμένος. Εξαιτίας αυτής της ακραίας κλίσης που παρουσιάζει, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού του πλανήτη ο ήλιος λάμπει σχεδόν απευθείας στον βόρειο πόλο. Ο ουρανός πλησιάζει πλέον στη μέση της καλοκαιρινής του περιόδου και η περιοχή των πόλων γίνεται όλο και πιο εμφανής. Αυτή η πολική «κουκούλα» μπορεί να έχει σχηματιστεί από εποχιακές μεταβολές στην ατμοσφαιρική ροή.
  Κοντά στην άκρη της πολικής καταιγίδας υπάρχει ένα μεγάλο, συμπαγές σύννεφο μεθανίου-πάγου, το οποίο μερικές φορές είναι αρκετά φωτεινό ώστε να φωτογραφηθεί από ερασιτέχνες αστρονόμους. Μια στενή δέσμη νεφών περιβάλλει τον πλανήτη βόρεια του ισημερινού. Είναι ένα μυστήριο πως συγκροτήματα όπως αυτά είναι περιορισμένα σε τέτοια στενά πλάτη, επειδή ο Ουρανός και ο Ποσειδώνας έχουν πολύ ευρείες αεριωθούμενες δυτικά.