Ο πλανήτης Ουρανός

Ο πλανήτης Ουρανός

Του Κωνσταντίνου Αθ. Οικονόμου, δασκάλου  –συγγραφέα

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 τον ομώνυμο μυθικό πατέρα του Κρόνου. Δεν είναι εύκολα ορατός, λόγω της μεγάλης του απόστασης, με γυμνό μάτι, και σε συνδυασμό με την αργή κίνησή του δεν αναγνωρίστηκε στους αρχαίους χρόνους ως πλανήτης. Ο Ουίλιαμ Χέρσελ ανακοίνωσε την ανακάλυψή του [13/4/1781], επεκτείνοντας για πρώτη φορά στην ιστορία τα όρια του ηλιακού συστήματος.

Ο πλανήτης, ένας από τους τέσσερις γίγαντες αερίων, στη δομή μοιάζει περισσότερο με τον Ποσειδώνα. Το 1977 ανακαλύφθηκε ότι ο Ουρανός έχει ένα σύστημα από δακτυλιους, ενώ ο Βόγιατζερ2, ανακάλυψε 10 ακόμη δορυφόρους του, ανεβάζοντας τον αριθμό τους στους 15. Όλοι οι δακτύλιοι και δορυφόροι βρίσκονται στο επίπεδο του Ισημερινού του πλανήτη. Το χαρακτηριστικό που ξεχωρίζει τον Ουρανό είναι ότι ο άξονας περιστροφής γύρω από τον εαυτό του βρίσκεται σχεδόν πάνω στην εκλειπτική, το επίπεδο πάνω το οποίο βρίσκεται η τροχιά του γύρω από τον Ήλιο.

Καθώς ο Ουρανός περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο και τον εαυτό του, μοιάζει σαν να "κυλά" πάνω στην τροχιά του. Έτσι, κάθε πόλος έχει πολύ μεγάλη περίοδο νύκτας και πολύ μεγάλη περίοδο ημέρας, 21 γήινα έτη! Το χαρακτηριστικό αυτό του Ουρανού έχει επιπτώσεις και στη μαγνητόσφαιρά του. Αυτή η απόκλιση από τα όσα ισχύουν για τους υπόλοιπους πλανήτες δεν έχει εξηγηθεί μέχρι σήμερα. Είναι πιθανό να είναι το αποτέλεσμα κάποιας πρόσκρουσης στο μακρινό παρελθόν του πλανήτη.

Ο Ουρανός απέχει κατά μέσο όρο 2.870 εκατομμύρια χιλιόμετρα από τον Ήλιο [18-20 AU]. Η περίοδος περιφοράς του είναι 84,01 γήινα έτη! Η περίοδος περιστροφής γύρω από τον άξονά του είναι 17,9 ώρες [ημέρα]. Η ελάχιστη απόστασή του από τη γη είναι 2,57 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα.

ΜΕΓΕΘΟΣ-ΔΟΜΗ: Ο Ουρανός έχει μάζα 14,5 και όγκο 63 φορές μεγαλύτερη της Γης, αντίστοιχα. Η διάμετρός του είναι 54.188 km [4,5 φορές της Γης]. Μία πυκνότητα 1,27 g/cm³ κάνει τον Ουρανό το δεύτερο λιγότερο πυκνό πλανήτη, μετά τον Κρόνο. Αυτό είναι ένδειξη ότι αποτελείται από διάφορους πάγους, όπως νερού, αμμωνίας και μεθανίου. Πάντως, το υδρογόνο και το ήλιο αποτελούν ένα μικρό μέρος του. Το υπόλοιπο μέρος της μάζας που δεν είναι παγωμένο αποτελείται από βραχώδη υλικά.

Ο πλανήτης αποτελείται από τρία στρώματα: βραχώδη πυρήνα, παγωμένο μανδύα στη μέση και εξωτερική στιβάδα αέριου υδρογόνου ή ηλίου. Ο πυρήνας είναι μικρός, με ακτίνα μικρότερη από το 20% του Ουρανού. Ο μανδύας αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του πλανήτη, ενώ τα ανώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας ζυγίζουν ελάχιστα και εκτείνονται στο τελευταίο 20% της ακτίνας του Ουρανού. Η θερμοκρασία του πυρήνα του Ουρανού είναι 5000οC. Ο μανδύας είναι ένα καυτό, πυκνό υγρό που αποτελείται από νερό, αμμωνία και άλλες πτητικές ουσίες. Αυτό το υγρό, υψηλής ηλεκτρικής αγωγιμότητας, αποκαλείται ωκεανός νερού-αμμωνίας. Η σύνθεση στο μεγαλύτερο μέρος του Ουρανό και του Ποσειδώνα είναι διαφορετική από του Δία και του Κρόνου, γι' αυτό οι δύο πρώτοι χαρακτηρίζονται και γίγαντες πάγου. Το υγρό στην εσωτερική δομή του Ουρανού σημαίνει ότι δεν έχει στερεή επιφάνεια. Η αέρια ατμόσφαιρα βαθμιαία μεταβαίνει στο εσωτερικό υγρό στρώμα. Ωστόσο, ορίζεται το σημείο στο οποίο η ατμοσφαιρική πίεση ισούται με 1 bar ως "επιφάνεια". Η εσωτερική θερμότητα του Ουρανού είναι χαμηλότερη των άλλων μεγάλων πλανητών. Ο Ουρανός ακτινοβολεί ελάχιστη περισσότερη θερμότητα απ΄ όση δέχεται. Η χαμηλότερη θερμοκρασία του Ουρανού είναι -224°C, καθιστώντας τον Ουρανό τον ψυχρότερο πλανήτη στο Ηλιακό Σύστημα.

ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ: Αν και δεν υπάρχει σαφής στερεή επιφάνεια στον Ουρανό, το ακραίο τμήμα του αέριου περιβλήματος του Ουρανού ονομάζεται ατμόσφαιρα. Το “στέμμα” της ατμόσφαιρας επεκτείνεται εντυπωσιακά σε απόσταση μεγαλύτερη από δύο πλανητικές ακτίνες! Η ουράνια ατμόσφαιρα μπορεί να διαιρεθεί σε τρία στρώματα: την τροπόσφαιρα,έως 50 χλμ, τη στρατόσφαιρα, που εκτείνεται έως τα 4000 χλμ, καθώς και τη θερμόσφαιρα ή στέμμα που εκτείνεται σε απόσταση εξαιρετικά μεγάλη. Με βάση παρατηρήσεις το 2012, οι άνεμοι πνέουν συνήθως από τα ανατολικά, με ταχύτητες έως 900 χιλιόμετρων την ώρα, ενώ στο βόρειο πόλο διακρίνονται ρεύματα μεταφοράς θερμότητας. Η θερμοκρασία της ατμόσφαιρας είναι -240°C. Η σύνθεση της ατμόσφαιρας του Ουρανού είναι διαφορετική από τη σύνθεση του πλανήτη, επειδή αποτελείται κυρίως από μοριακό υδρογόνο [83%] και ήλιο [15%]. Τρίτο κυριότερο συστατικό της ατμόσφαιρας είναι το μεθάνιο [2,3%]. Το μεθάνιο απορροφά το ορατό και υπέρυθρο φάσμα, καθιστώντας τον Ουρανό γαλαζοπράσινου ή κυανού χρώματος. Εκτός του μεθανίου, ίχνη διαφόρων υδρογονανθράκων [αιθάνιο, ακετυλένιο, προπίνιο, κ.ά.] βρίσκονται στη στρατόσφαιρα του Ουρανού, οι οποίοι πιστεύεται ότι παράχθηκαν από μεθάνιο που υπέστη φωτόλυση από την ηλιακή υπεριώδη ακτινοβολία (UV). Ακόμη υπάρχουν ίχνη υδρατμών, μονοξειδίου και διοξειδίου του άνθρακα στην ανώτερη ατμόσφαιρα, τα οποία μπορεί να προέρχονται από εξωτερική πηγή [σκόνη, κομήτες].

Εικόνα 1: Σύγκριση Ουρανού και Γης.

ΔΟΡΥΦΟΡΟΙ -ΔΑΚΤΥΛΙΟΙ: Ο Ουρανός έχει 27 γνωστούς δορυφόρους. Οι πρώτοι τέσσερις ανακαλύφθηκαν από τους αστρονόμους Χέρσελ και Ουίλιαμ Λάσελ. Ένας ακόμα ανακαλύφθηκε από τον Γκέραρντ Κάιπερ [1948]. Άλλους δέκα δορυφόροι ανακάλυψε ο Βόγιατζερ2 [1986]. Έκτοτε, συνεχώς ανακαλύπτονται νέοι δορυφόροι αυτού του πλανήτη από γήινα παρατηρητήρια. Οι δορυφόροι του Ουρανού παίρνουν τα ονόματά τους από ήρωες σαιξπηρικών έργων. Ο δορυφόρος Μιράντα μοιάζει να έχει διαλυθεί από κάποιο συμβάν πρόσκρουσης και τα κομμάτια να επανασυγκολλήθηκαν! Τα περισσότερα “φεγγάρια” του Ουρανού είναι μαύρα, λόγω της διάσπασης των υλικών που βρίσκονται στην επιφάνειά τους από την ακτινοβολία. Τα ονόματα των δορυφόρων είναι: Άριελ, Ουμβριήλ, Τιτάνια, Όμπερον, Μιράντα, Κορδήλια, Οφηλία, Μπιάνκα, Χρυσηίδα, Δεισδαιμόνα, Ιουλιέτα, Πόρσια, Ροζαλίντα, Μπελίντα, Πακ, Κάλιμπαν, Σύκοραξ, Πρόσπερος, Σέτεβος, Στεφάνο, Τρινκούλο, Φρανσίσκο, Μαργαρίτα, Φερδινάνδος, Περδίτα, Μαμπ και Κιούπιντ. Ο Ουρανός έχει ακόμη ένα πολύπλοκο σύστημα δακτυλίων. Οι δακτύλιοι αποτελούνται από εξαιρετικά σκούρα σωματίδια με τις μεγαλύτερες διαστάσεις κλάσματα του μέτρου! Αποτελούνται από 13 δακτυλίους, εκ των οποίων λαμπρότερος είναι ο δακτύλιος e. Όλοι, με την εξαίρεση δύο, είναι πολύ στενοί, πλάτους λίγων χιλιομέτρων. Φαίνεται ότι είναι αρκετά νέοι.

ΜΑΓΝΗΤΟΣΦΑΙΡΑ: Πριν από το 1986, οι αστρονόμοι αγνούσαν το μαγνητικό πεδίο του πλανήτη Ουρανού. Οι παρατηρήσεις του Voyager αποκάλυψαν ότι το μαγνητικό πεδίο είναι ιδιαίτερο, τόσο επειδή δεν προέρχεται από το γεωμετρικό κέντρο του πλανήτη, όσο και επειδή έχει κλίση 59 ° ως προς τον άξονα περιστροφής.

Στην πραγματικότητα, το μαγνητικό δίπολο μετατοπίζεται προς το Νότιο πόλο έως και κατά το ένα τρίτο της ακτίνας του πλανήτη. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μία ασύμμετρη μαγνητόσφαιρα, όπου η ένταση του μαγνητικού πεδίου στην επιφάνεια στο νότιο ημισφαίριο είναι χαμηλή, ενώ στο βόρειο ημισφαίριο είναι υψηλή. Οι αστρονόμοι υποθέτουν ότι, σε αντίθεση με τα μαγνητικά πεδία των χερσαίων πλανητών, που παράγονται εντός των πυρήνων τους, στους γίγαντες πάγου τα μαγνητικά πεδία, μάλλον, δημιουργούνται από την κίνηση σε σχετικά μικρά βάθη, για παράδειγμα, στον ωκεανό νερού-αμμωνίας. Όταν παρατηρήθηκε το 1986 από το Βόγιατζερ 2, ο Ουρανός έχει καλά ανεπτυγμένο πολικό σέλας, το οποίο φαινόταν σαν λαμπερά τόξα γύρω από τους μαγνητικούς πόλους. Το 2011 το πολικό σέλας παρατηρήθηκε από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χαμπλ. Το πολικό σέλας του Ουρανού ήταν βραχύβιο, διάρκειας λίγων λεπτών, και φαινόταν σαν λαμπερές κηλίδες, αρκετά διαφορετικό από αυτό που παρατήρησε το Βόγιατζερ. Η διαφορά στην εμφάνιση πιθανόν οφείλεται στο γεγονός ότι το Βόγιατζερ πέρασε κοντά από τον πλανήτη στo ηλιοστάσιό του, όταν ο μαγνητικός άξονας του πλανήτη είχε κλίση ως προς τον ηλιακό άνεμο, ενώ οι παρατηρήσεις από το Χαμπλ έγιναν κοντά στην ισημερία, όταν οι μαγνητικοί πόλοι δείχνουν προς στον Ήλιο μια φορά την ημέρα.

ΠΑΡΑΤΗΡΗΣΗ – ΕΞΕΡΕΥΝΗΣΗ: Λόγω της απόστασής του από τη Γη, ο πλανήτης Ουρανός είναι δύσκολα ορατός με γυμνό μάτι. Για το λόγο αυτό ανακαλύφθηκε μόνο όταν κατασκευάστηκαν τηλεσκόπια ικανά να τον εντοπίσουν. Ο Χέρσελ αρχικά υπέθεσε ότι παρακολουθούσε έναν κομήτη, όταν ξεκίνησε τις παρατηρήσεις του. Τον Ουρανό μπορεί κανείς να τον δει με καλά κιάλια, χωρίς να είναι δυνατόν να διακρίνει λεπτομέρειες πάνω στον δίσκο του. Ξεκινώντας το 1977, το Voyager2 έκανε την εγγύτερη προσέγγισή του στον Ουρανό στις 24/1/1986, σε μία απόσταση 81.500 χιλιόμετρων από τις κορυφές των νεφών του πλανήτη, πριν συνεχίσει προς τον Ποσειδώνα. Το Voyager2 μελέτησε τη δομή και τη χημική σύνθεση της ατμόσφαιρας, ανακάλυψε 10 νέα φεγγάρια και μελέτησε τις μοναδικές καιρικές συνθήκες του πλανήτη. Μελέτησε το μαγνητικό πεδίο, την ακανόνιστη δομή του, την κλίση του και το μοναδικό του σχήμα που προκαλείται από τον πλάγιο προσανατολισμό του Ουρανού. Έκανε λεπτομερή έρευνα των πέντε μεγαλύτερων δορυφόρων του, και μελέτησε τους εννέα γνωστούς δακτυλίους του συστήματος, ανακαλύπτοντας άλλους δύο.