Caratteristiche di Urano (pianeta), composizione, orbita, movimento

Urano È il settimo pianeta del sistema solare e appartiene al gruppo di pianeti esterni. Oltre all'orbita di Saturno, Urano è appena visibile a occhio nudo in condizioni molto eccezionali ed è necessario sapere dove cercare.

Per questo motivo, per l'antico Urano fu praticamente invisibile, fino a quando l'astronomo William Herschel non lo scoprì nel 1781, con un telescopio che si costruiva. Il minuscolo punto blu verdastro non era esattamente quello che l'astronomo stava cercando. Ciò che Herschel voleva era rilevare la parallaggio stellare causata dal movimento di traduzione della terra.

Figura 1. Il pianeta Urano, 14.5 volte più massiccio della terra. Fonte: Pixabay.

Per fare ciò, avevo bisogno di individuare una stella lontana (e nelle vicinanze) e osservare come sono stati visti da due posti diversi. Ma una serata primaverile nel 1781, Herschel vide un piccolo punto che sembrava brillare un po 'più degli altri.

Presto lui e gli altri astronomi si convinsero che si trattava di un nuovo pianeta e Herschel divenne rapidamente famoso per ampliare le dimensioni dell'universo conosciuto, aumentando il numero di pianeti.

Il nuovo pianeta non ha ottenuto immediatamente il suo nome, perché Herschel ha rifiutato di usare una divinità greca o romana e invece lo battezzò come Georgium Sidu o "Jorge Star" in onore dell'allora monarca inglese Jorge III.

Naturalmente, questa opzione non era come alcuni nel continente europeo, ma la domanda era risolta quando l'astronomo tedesco.

Secondo le vecchie mitologie greche e romane, Urano era il padre di Saturno (Cronos), che a sua volta era il padre di Giove (Zeus). La comunità scientifica ha finalmente accettato questo nome, tranne in Inghilterra, dove il pianeta ha continuato a essere chiamato "Jorge Star", almeno fino al 1850.

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Caratteristiche generali di Urano

Urano appartiene al gruppo di pianeti esterni del sistema solare, essendo il terzo pianeta di dimensioni, dopo Saturno e Giove. È, insieme a Nettuno, un gigante del ghiaccio, poiché la sua composizione e molte delle sue caratteristiche li differenziano dagli altri due Júpìter e Saturno Giants.

Mentre in Giove e Saturno, predominano l'idrogeno ed elio, i giganti del gelato come Urano contengono elementi più pesanti come ossigeno, carbonio, azoto e zolfo. 

Naturalmente, Urano ha anche idrogeno ed elio, ma principalmente nella sua atmosfera. E contiene anche ghiaccio, sebbene non tutti siano acqua: ci sono ammoniaca, metano e altri composti. 

Ma in ogni caso, l'atmosfera di Urano è una delle più congelate di tutte nel sistema solare. Le temperature possono raggiungere -224 ºC.

Sebbene le immagini mostrino un album blu distante e misterioso, ci sono molte più caratteristiche sorprendenti. Uno di questi è proprio il colore blu, che è dovuto al metano dell'atmosfera, che assorbe la luce rossa e riflette il blu.

Urano sembra blu per il gas metano della sua atmosfera, che assorbe la luce rossa e riflette la luce blu

Inoltre Urano ha:

-Proprio campo magnetico con disposizione asimmetrica. 

-Numerose lune.

-Un sistema più fioco di quello di Saturno.

Ma sicuramente ciò che attira più attenzione è la svolta retrograda su un asse di rotazione completamente inclinato, tanto che i poli di Urano si trovano dove si trova l'equatore degli altri, come se si girasse lateralmente.

figura 2. Inclinazione dell'asse di rotazione di Urano. Fonte: NASA.

A proposito, contrariamente a quello che suggerisce la Figura 1, Urano non è un pianeta pacifico o monotono. Il viaggio, la sonda che ha ottenuto le immagini, era giusta per un raro periodo di clima pacifico.

La figura seguente mostra l'inclinazione dell'asse di Urano in 98º in un confronto globale tra tutti i pianeti. In Urano sono i poli che ricevono più calore del sole lontano, invece dell'Ecuador.

Figura 3. Gli assi di rotazione dei pianeti del sistema solare. Fonte: NASA.

Riepilogo delle principali caratteristiche fisiche del pianeta

-Massa: 8.69 x 10²⁵ kg.

-Radio: 2.5362 x 10⁴   km

-Forma: Puttana.

-Distanza media dal sole: 2.87 x 10⁹ km

-Inclinazione dell'orbita: 0.77º per quanto riguarda il piano eclittico.

-Temperatura: Tra -220 e -205.2 ºC approssimativamente.

-Gravità: 8.69 m/s²

-Proprio campo magnetico: Sì.

-Atmosfera: Sì, di idrogeno ed elio

-Densità: 1290 kg/m³

-Satelliti: 27 con designazione fino ad oggi.

-Anelli: Sì, circa 13 scoperti finora.

Movimento di traduzione

Urano, come i grandi pianeti, gira maestosamente attorno al sole, impiegando circa 84 anni per completare un'orbita. 

Figura 4. Orbita di Urano (in rosso) attorno al sole. Fonte: Wikimedia Commons. Simulazione originale = Todd K. Timberlake Autore di Easy Java Simulation = Francisco Esquembre/CC BY-S (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)

L'orbita di Urano è apprezzatamente ellittica e in linea di principio ha mostrato alcune discrepanze con l'orbita calcolata per lui dalle leggi di Newton e Kepler, dal grande matematico Pierre de Laplace nel 1783. 

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Qualche tempo dopo, nel 1841, inglese Astronom. 

Nel 1846 il matematico francese Urbain Le Verrier perfezionò i calcoli della possibile orbita del pianeta sconosciuto e li consegnò all'astronomo tedesco Johann Gottfried Galle a Berlino. Nettuno è apparso immediatamente sul suo telescopio per la prima volta, nel luogo indicato dallo scienziato francese. 

Figura 5. A sinistra Sir William Herschel (1738-1822) e sulla destra Urbain Le Verrier (1811-1877). Fonte: Wikimedia Commons.

Quando e come osservare Urano

Urano è difficile da osservare ad occhio nudo perché è estremamente distante dalla terra. Non appena presenta una grandezza di 6, quando è più luminoso e un diametro di 4 secondi di arco (Giove ha circa 47º quando sembra migliore).

Con cieli scuri molto chiari, senza luci artificiali e sapendo in anticipo dove cercare, è possibile vederlo ad occhio nudo. 

Tuttavia, i fan dell'astronomia possono posizionarlo con l'aiuto delle lettere celesti trovate su Internet e uno strumento, che può anche essere un binocolo di buona qualità. Anche così, sembrerà un punto blu senza ulteriori dettagli.

Figura 6. Urano può essere visto come un piccolo punto blu con l'aiuto del telescopio e delle lettere celesti. Fonte: Pexels.

Per vedere le 5 grandi lune di Urano, è richiesto un grande telescopio. I dettagli del pianeta potrebbero essere osservati con un telescopio di almeno 200 mm. Gli strumenti più piccoli rivelano solo un piccolo album blu verdastro, tuttavia vale la pena provare, sapendo che lì, finora, nasconde così tante meraviglie.

Anelli di Urano

Nel 1977 Urano passò una stella e la nascose. Durante quel periodo, la stella sbatté le palpebre alcune volte, prima e dopo l'occultamento. Lo sfarfallio è stato causato dal passaggio.

Tutti i pianeti esterni hanno un sistema di anelli, sebbene nessuno supera la bellezza degli anelli di Saturno, tuttavia quelli di Urano sono molto interessanti.

La sonda Voyager 2 ha trovato più anelli e ottenuta immagini eccellenti. Nel 2005, il telescopio spaziale Hubble ha anche scoperto altri 2 anelli esterni. 

La questione che compone gli anelli di Urano è buio, è probabilmente rocce con un alto contenuto di carbonio e solo gli anelli più esterni sono polvere ricca.

Gli anelli sono mantenuti in forma grazie al Satelliti da pastore di Urano, la cui azione gravitazionale determina la forma di quelli. Sono anche molto sottili, quindi i satelliti che pascolano sono lune piuttosto piccole.

Il sistema degli anelli è una struttura piuttosto fragile e poca duratura, almeno dal punto di vista dei tempi astronomici.

Le particelle che compongono gli anelli si scontrano continuamente, lo sfregamento con l'atmosfera di Urano li sgretola e anche la costante radiazione solare li deteriora.

Pertanto, la persistenza degli anelli dipende dal fatto che il nuovo materiale viene a loro, dalla frammentazione dei satelliti per gli impatti con asteroidi e comete. Come per gli anelli di Saturno, gli astronomi credono di essere recenti e che la loro origine è precisamente in queste collisioni.

Figura 7. C'è una relazione molto stretta tra anelli di Urano e satelliti pastori, questo è comune nei pianeti con i sistemi di anelli. Fonte: Wikimedia Commons. Trassiorf / pubblico dominio.

Movimento rotatorio

Tra tutte le caratteristiche di Urano, questo è il più sorprendente, perché questo pianeta ha una rotazione retrograda; cioè, rapidamente rotto nella direzione opposta di come gli altri pianeti (tranne Venus) lo fanno, impiegando poco più di 17 ore per fare un ritorno. Tale velocità contrasta con la moderazione di Urano quando si viaggia la sua orbita.

Inoltre, l'asse di rotazione è così inclinato che sembra che il pianeta si sdraia, come si può vedere nell'animazione della Figura 2. Gli scienziati planetari credono che un impatto colossale abbia cambiato l'asse di rotazione del pianeta nella sua posizione attuale.

Può servirti: goniometro: cronologia, parti, funzionamento, usi, tipiFigura 8. La rotazione e l'inclinazione retrograda dell'asse di Urano sono dovute a un impatto colossale che si è verificato milioni di anni fa. Fonte: NASA.

Le stazioni di Urano

È a causa di questa peculiare inclinazione che le stazioni di Urano sono davvero estreme e danno origine a grandi variazioni climatiche.

Ad esempio, durante un solstizio uno dei poli indica direttamente il sole, mentre l'altro lo fa verso lo spazio. Un viaggiatore laterale illuminato osserverebbe che per 21 anni il sole non si alza o si mette, mentre il palo opposto è impantanato al buio.

E al contrario, in un equinozio il sole è sopra l'Ecuador del pianeta e poi esce e si nasconde durante il giorno, che dura circa 17 ore.

Grazie alla sonda Voyager 2, è noto che al momento l'emisfero meridionale di Urano è diretto verso l'inverno, mentre il Nord andrà in estate, che avrà luogo nel 2028.

Figura 9. Variazione stagionale in Urano visto da un ipotetico viaggiatore. Fonte: semi, m. Sistema solare.

Poiché Urano impiega 84 anni per viaggiare la sua orbita attorno al sole ed essere così lontano dalla terra, si capisce che molte delle variazioni climatiche del pianeta sono ancora sconosciute. La maggior parte dei dati disponibili proviene dalla suddetta missione Voyager del 1986 e dalle osservazioni fatte attraverso il telescopio spaziale Hubble.

Composizione

Urano non è un gigante gassoso, ma un gigante del ghiaccio. Nella sezione dedicata alle caratteristiche, si è visto che la densità di Urano, sebbene sia inferiore a quella dei pianeti rocciosi come la Terra, è maggiore di quello di Saturno, il che potrebbe ben galleggiare nell'acqua.

In realtà, una buona parte di Giove e Saturno è piuttosto liquida che soda, ma Urano e Nettuno contengono molto ghiaccio, non solo di acqua, ma di altri composti.

E poiché la massa di Urano è inferiore, all'interno non ci sono pressioni che danno origine alla formazione di idrogeno liquido, quindi caratteristiche di Giove e Saturno. Quando l'idrogeno si trova in questo stato, si comporta come un metallo, che origina gli intensi campi magnetici di questi due pianeti.

Urano ha anche il suo campo magnetico, di cui esiste uno schema nella Figura 12, sebbene curiosamente le linee di campo non passano attraverso il suo centro, come nel caso della terra, ma sembrano avere origine in un altro punto spostato da lì.

Quindi, nell'atmosfera di Urano c'è idrogeno molecolare ed elio, con una piccola percentuale di metano, che è responsabile del suo colore blu, poiché questo composto assorbe le lunghezze d'onda dell'ondata di onda.

Il corpo del pianeta in quanto tale è costituito da ghiaccio, non solo di acqua, ma di ammoniaca e metano.

Questo è il momento di evidenziare un dettaglio importante: quando gli scienziati planetari parlano di "ghiaccio", non si riferiscono all'acqua ghiacciata che mettiamo in bevande per raffreddarli.

Il "ghiaccio" dei pianeti del gelato è in grandi pressioni e alte temperature, almeno diverse migliaia di gradi, quindi non ha nulla in comune con ciò che viene salvato nei frigoriferi, tranne la composizione.

Diamanti in Urano

È possibile produrre diamanti dal metano? Studi di laboratorio condotti in Germania, nel laboratorio di Helmholtz Zentrum Dresda-Rossendorf, indicano che sì, fintanto che hanno adeguate condizioni di pressione e temperatura.

E queste condizioni esistono all'interno di Urano, quindi le simulazioni del computer mostrano che Metano Cho₄ Si dissociano formando altri composti. 

Il carbonio presente nelle molecole di metano è precipitato e diventa nient'altro che diamante. Mentre si spostano verso l'interno del pianeta, i cristalli stanno staccando il calore per attrito e si accumulano sul nucleo del pianeta (vedere la sezione seguente).

Si stima che i diamanti così formati possano raggiungere fino a 200 kg, anche se è improbabile che lo confermino, almeno nel prossimo futuro.

Struttura interna

Nel diagramma mostrato di seguito abbiamo la struttura di Urano e dei suoi strati, la cui composizione era brevemente menzionata nella sezione precedente:

-Atmosfera superiore.

-Lo strato intermedio ricco di idrogeno molecolare ed elio, in totale lo spessore dell'atmosfera è di circa 7.500 km.

-Il mantello basato sul ghiaccio (che già sappiamo non è come il ghiaccio comune sulla terra), con uno spessore di 10.500 km.

-Un nucleo roccioso fatto di ferro, nichel e silicati di 7.Radio da 500 km.

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Il materiale "roccioso" del nucleo non è come le rocce della terra, perché nel cuore del pianeta la pressione e la temperatura sono troppo alte in modo che quelle "rocce" assomigli a quelle che conosciamo, ma almeno la composizione chimica i non dovrebbe essere diverso.

Figura 10. Struttura interna di Urano. Fonte: Wikimedia Commons.

Satelliti naturali di Urano

Urano ha 27 satelliti designati finora, nominati come personaggi di William Shakespeare e Alexander Pope, grazie a John Herschel, figlio di William Herschel, scopritore del pianeta.

Ci sono 5 lune principali che sono state scoperte dall'osservazione dal telescopio, ma nessuna ha l'atmosfera, sebbene si sappia che hanno acqua congelata. Tutti sono piuttosto piccoli, perché le loro masse combinate non raggiungono il centro di Triton, una delle lune di Nettuno, il pianeta gemello di Urano.

Il più grande di loro è Titania, il cui diametro è il 46% quello della luna, seguito da Oberon. Entrambi i satelliti furono scoperti da William Herschel nel 1787. Ariel e Umbriel erano conosciuti a metà del Nineteenth Century da William Lassell, un astronomo dilettante che ha anche costruito i suoi telescopi.

Miranda, la quinta luna maggiore di Urano, con solo il 14% del diametro lunare, fu scoperta nel ventesimo secolo da Gerard Kuiper. A proposito, con il nome di questo straordinario astronomo, la cintura di Kuiper è stata anche battezzata nel sistema solare.

Figura 11. Le 5 grandi lune di Urano, il pianeta stesso e il piccolo disco della luna. Da sinistra a destra Urano in blu, disco, Miranda, Ariel, Umbrie, Titania la più grande e overthon. Fonte: Wikimedia Commons.

La superficie di Miranda è estremamente robusta a causa dei possibili impatti e di un'insolita attività geologica.

Gli altri satelliti sono più piccoli e si conoscono grazie a Voyager 2 e al telescopio spaziale Hubble. Queste lune sono molto scure, forse a causa di numerosi impatti che hanno vaporizzato il materiale di superficie e lo hanno concentrato su di esso. Anche per le radiazioni intense a cui sono sottoposti.

La Figura 7 appaiono i nomi di alcuni di loro e la loro azione per mantenere il sistema degli anelli.

Il movimento satellitare di Urano è governato dalle forze di marea, nonché dal sistema di Luna Terra. In questo modo, i periodi di rotazione e traduzione dei satelliti sono gli stessi e mostrano sempre la stessa faccia al pianeta.

Il campo magnetico 

Urano ha un campo magnetico con un'intensità di circa il 75 % del terreno, secondo la magnetometria della sonda Voyager 2. Poiché l'interno del pianeta non soddisfa le condizioni necessarie per produrre idrogeno metallico, gli scienziati ritengono che ci sia un altro fluido del conducente che genera il campo.

Nella figura seguente i campi magnetici dei pianeti gioviani sono rappresentati. Tutti i campi assomigliano in una certa misura che produce un magnete magnetico a barre al centro, anche quello della Terra.

Ma il dipolo di Urano non è al centro, né quello di Nettuno, ma spostato verso il Polo Sud e notevolmente inclinato rispetto all'asse di rotazione, nel caso di Urano.

Figura 12. Schema di campo magnetico per pianeti gioviani. Il campo Urano viene spostato dal centro e l'asse forma un angolo marcato con l'asse di rotazione. Fonte: semi, m. Il sistema solare.

Se Urano produce un campo magnetico, ci deve essere un effetto dinamo grazie a un fluido di movimento. Gli esperti credono che si tratti di un corpo d'acqua con metano e ammoniaca sciolti, abbastanza profondità.

Con la pressione e la temperatura dell'interno di Urano, questo fluido sarebbe un buon conduttore di elettricità. Questa qualità, insieme alla rapida rotazione del pianeta e alla trasmissione del calore per convezione, sono fattori in grado di generare un campo magnetico.

Missioni a Urano

Urano è estremamente lontano dalla terra, quindi all'inizio l'esplorazione era solo attraverso il telescopio. Fortunatamente, la sonda Voyager si è avvicinata abbastanza, per raccogliere informazioni invalidanti su questo pianeta sconosciuto fino a poco tempo fa.

Si pensava che la missione di Cassini, che era stata lanciata per studiare Saturno, poteva raggiungere Urano, ma quando il suo carburante era esaurito i responsabili della missione la faceva scomparire dentro Saturno nel 2017.

La sonda conteneva elementi radioattivi, che dal crash contro Titano, una delle lune di Saturno, avrebbe potuto contaminare questo mondo, che forse ospita una sorta di vita primitiva.

Il telescopio spaziale di Hubble offre anche informazioni importanti e ha rivelato l'esistenza di nuovi anelli nel 2005.

Successivamente alla missione Voyager, sono state proposte alcune missioni che non è stato possibile eseguire.

Voyager

Questa missione consisteva nel lanciare due sonde: Voyager 1 e Voyager 2. In linea di principio avrebbero raggiunto solo Giove e Saturno, ma dopo aver visitato questi pianeti le sonde continuarono ai pianeti ghiacciai.

Il Voyager 2 è arrivato a Urano nel 1986 e molti dei dati che sono finora provengono da quella sonda. 

In questo modo, le informazioni sono state raggiunte sulla composizione dell'atmosfera e la struttura degli strati ha scoperto ulteriori anelli, studiato le lune principali di Urano, hanno scoperto altre 10 lune e misurato il campo magnetico del pianeta.

Ha anche inviato molte immagini di alta qualità, sia dal pianeta che dalle superfici delle loro lune, piene di crateri di impatto.

La sonda andò a Nettuno e alla fine andò nello spazio interstellare.

Riferimenti

1. N+1. 200 chilogrammi diamanti su Urano e Nettuno. Estratto da: NMAS1.org.
2. Powell, m. I pianeti oculari nudi nel cielo notturno (e come identificarli). Recuperato da: NakeyEplanets.com.
3. Semi, m. 2011.Il sistema solare. Settima edizione. Apprendimento del Cengage.
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5. Wikipedia. Anneaux d'Aranus. Recuperato da: freddo.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Esplorazione di Urano. Recuperato da: in.Wikipedia.org.
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