© Владимир Каланов,
сайт "Знания-сила".

Уран - седьмая по расстоянию от Солнца планета Солнечной системы. Среднее расстояние Урана от Солнца составляет 2896,6 млн. км. Уран - крупная планета. Он относится к группе газообразных гигантов. Диаметр экватора планеты по уровню облаков равен 51200 км. У полюсо́в Уран сплюснут незначительно, поэтому диск Урана в телескоп виден как почти правильный круг с зеленовато-голубым оттенком. Объём Урана в 62,2 раза больше объёма Земли, а его масса больше земной только в 14,5 раза, потому что плотность вещества Урана небольшая, в среднем около 1,29 г/см³ . Поэтому сила тяготения на Уране почти равна земной.

При хорошем зрении Уран можно увидеть на безоблачном ночном небе даже невооруженным глазом. Но если кому-то такая редкая возможность представится, то он увидит крошечный диск по светимости не выше звезды 6-й величины. Такая возможность скорее теоретическая, чем практическая, потому что Уран - очень далёкая планета.

Со времени открытия Урана в 1781 году и до момента посещения окрестностей планеты автоматической станцией «Вояджер-2» в 1986 году, т.е. в течение 205 лет знания астрономов об этой планете, кроме факта её существования, содержали только приблизительные сведения о её размерах, форме, составе атмосферы и траектории движения. Поэтому сразу оговоримся, что все приводимые в этой статье данные о строении, составе, физических сво́йствах, климатических условиях, особенностях движения Урана, а также сведения о его спутниках стали известны только после полёта «Вояджера-2». Результаты исследований, проведенных этим аппаратом, по праву считаются вторым открытием Урана. «Вояджер-2» стартовал 20 августа 1977 года с мыса Кана́верал (штат Флорида, США) и почти через 9 лет достиг окрестностей Урана. 24 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел на расстоянии 81500 км от Урана (от поверхности облаков) со скоростью 46000 км/ч (13 км/с) .

В течение всего нескольких часов, пока длился пролёт «Вояджера-2» около Урана, на Землю поступил большой объём информации, которая стала основой современных знаний об этой планете.

Полёт «Вояджера-2» был спланирован в тот период, когда планеты Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун расположились в пространстве почти на одной прямой, если смотреть с Земли. Такой феноменальный «парад планет» происходит один раз в 200 лет. Смелый до дерзости план специалистов НАСА состоял в том, чтобы за один полёт космического аппарата исследовать сразу четыре планеты. И этот план был успешно реализован. Покинув окрестности Урана, аппарат «Вояджер-2» через три с половиной года, в августе 1989 года, достиг планеты Нептун, пролетев над её северным полюсом на высоте всего 4500 км. Пролетая вблизи Юпитера и Сатурна, аппарат выполнил разгонные маневры, получив ускорение от гравитационных полей обеих этих планет. При отсутствии этих импульсов ускорения путь «Вояджера-2» до Урана вместо 9 лет продолжался бы около 30 лет.

И последнее в связи́ с миссией «Вояджера-2». В очередной раз планеты-гиганты построются для «парада» приблизительно только в 2185 году. До этого далёкого срока люди вряд ли смогут исследовать дальние планеты (Уран и Нептун) с помощью автоматических межпланетных аппаратов. Эти планеты находятся на таких огромных расстояниях от Земли, что без использования «эффекта пращи», т.е. без гравитационного разгона около Юпитера и Сатурна. Существующие в настоящее время ракетные системы не смогут дать аппарату необходимый импульс на старте, да и топлива не хватит для маневров на колоссальной по протяженности траектории движения к Урану или Нептуну.

Однако утверждать категорически это нельзя. Технический прогресс развивается на Земле стремительно, и вполне возможно, что в недалёком будущем появятся более мощные и надёжные средства исследования самых далёких планет и других космических объектов.

Атмосфера и поверхность Урана

Атмосфера Урана достаточно плотная и состоит из молекулярного водорода (84%), гелия (14%), метана (2%) и незначительного количества окиси углерода, ацетилена и азота. Общий зеленовато-голубой оттенок атмосферы объясняется тем, что лучи красной части спектра поглощаются метаном, содержащимся в атмосфере. Высота атмосферного слоя оценивается примерно в 7000 км.

На основании теоретических расчетов считается, что водные облака могут
находиться в промежутке с давлением от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония - в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода,
представляющие основной облачный слой, - в диапазоне 3-10 бар, метана - в диапазоне 1-2 бар.

Уран движется по своей орбите на очень большом (почти 3 млрд. км.) среднем расстоянии от Солнца и, естественно, получает очень мало солнечного тепла. Даже на дневной, освещенной стороне планеты температура постоянно не превышает в среднем 80° К (около минус 200°C). Тропосфера - самая нижняя и самая плотная часть атмосферы - характеризуется уменьшением температур с высотой. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км.

Верхняя часть тропосферы закрыта слоем облаков. В этой части атмосферы находится слой, содержащий наибольшее, по сравнению с другими, более низкими частями атмосферы, количество метана, окиси углерода и азота. Давление здесь находится в пределах 1 - 2 бар.

Как мы увидим далее, природа распорядилась так, что за один оборот Урана вокруг Солнца оба полушария планеты в течение почти двадцати земных лет непрерывно попеременно освещены Солнцем или погружены в холодную тьму ночи. Логично предположить, что на «дневной» и «ночной» территориях разность температур должна быть если не огромной, то, во всяком случае, существенной. Но Уран человеческой логике не подчиняется. Оказалось, что разница температур на «дневной» и «ночной» сторонах планеты очень незначительная. Это стало одним из сюрпризов, которые Уран преподнёс астрономам. После таких фактов не кажется удивительным, что в верхней части атмосферы Урана над освещённым полушарием температура над различными районами от полюса до экватора практически одинакова, колебания составляют всего 4°C (от минус 208 до минус 212°C). Значит, на планете действует какой-то, пока неясный, механизм переноса тепла от более нагретых областей к менее нагретым.

Фото в условных цветах, позволяющее дифференцировать циркуляции атмосферных потоков.

В средних широтах с запада на восток дуют сильные ветры, часто с ураганной скоростью до 550-600 км/ч. В нижних широтах ветры слабее, до 350 км/ч, и дуют они вдоль экватора в обратном направлении. Судя по снимкам, переданным «Вояджером-2» и сделанным с Земли с помощью телескопов, ураганы на Уране бушуют непостоянно, временами атмосфера затихает, а потом снова «просыпается», создавая вихри и приводя в движение облака́ и более низкие слои. Возможно, это объясняется невысоким уровнем энергии внутренних источников тепла на планете. Считается, что только 30% тепла выделяется из недр планеты, остальные 70% приносит солнечная радиация. Но это очень немного. Для сравнения укажем, что Уран получает от Солнца примерно в 400 раз меньше тепла, чем Земля.

Понятие поверхности для Урана, как и для других газообразных планет, строго говоря, неприменимо. В качестве поверхности мы обычно воспринимаем верхний облачный слой атмосферы. Существует ли на Уране что-либо наподобие земной тверди, об этом можно только гадать и строить гипотезы. Думается однако, что такое занятие не очень продуктивно.

© Владимир Каланов,
"Знания-сила"

Уважаемые посетители!

У вас отключена работа JavaScript . Включите пожалуйста скрипты в браузере, и вам откроется полный функционал сайта!

В отличие от других планет-гигантов ось вращения Урана находится почти в плоскости орбиты, т. е. наклон экватора к орбите составляет 82°. Уран как бы «лежит на боку», поэтому длительность полярного дня и ночи по широте, которые составляют на полюсах по 42 года, на широте 60° — 28 лет, на широте 30° — 14 лет.

Уран имеет небольшое твердое железно-каменное ядро, над которым сразу начинается плотная мощная, толщиной не менее 8000 км атмосфера. Она состоит на 83 % из водорода, 15 % гелия и 2 % метана (рис. 1).

Общие характеристики планеты Уран

Метан, ацетилен и другие углеводороды в атмосфере Урана встречаются в значительно больших количествах, чем на Юпитере и Сатурне. Именно метановая дымка хорошо поглощает красные лучи, поэтому Уран кажется голубым. Подобно другим газовым планетам, он имеет полосы облаков, которые очень быстро перемещаются.

Средняя температура на поверхности планеты — 200 °С. Зима и лето на Уране сильно разнятся: целое полушарие зимой на несколько лет прячется от Солнца. Летом там тоже не бывает жарко, так как Уран получает в 370 раз меньше тепла от Солнца,чем Земля. Ветры в средних широтах на Уране перемешают облака в тех же направлениях, что и на Земле. Они дуют со скоростью от 40 до 160 м/с (на Земле — около 50 м/с).

Рис. 1. Состав атмосферы Урана

Уран был открыт 13 марта 1791 г. английским астрономом немецкого происхождения Уильямом Гер шел ем (1738-1822) (рис. 55). В 1787 г. он же открыл первые два спутника и дал им названия Оберон и Титания в честь короля и королевы фей из пьесы У. Шекспира «Сон в летнюю ночь». Это положило начало традиции называть новые спутники в честь персонажей пьес У. Шекспира: Дездемона, Корделия, Офелия, Джульетта, Розалинда, Белинда, Калибан и т. д. Наиболее крупный из них Титания, диаметром 1580 км. Всего же у Урана более 20 спутников.

В 1977 г. с Земли у Урана были открыты кольца, затем это открытие подтвердилось фотографиями с зонда «Вояджер-2», пролетевшего 24 января 1986 г. вблизи Урана.

Открытие планетарного масштаба. Так можно назвать обнаружение учеными Урана. Планета открыта в 1781-ом году.

Ее обнаружение стало поводом для наречения одного из элементов таблицы Менделеева . Уран металлический выделили из смоляной обманки в 1789-ом.

Шумиха вокруг новой планеты еще не улеглась, поэтому, идея о названии нового вещества лежала на поверхности.

В конце 18-го века еще не было понятия радиоактивности. Между тем, это основное свойство земного урана.

Ученые, работавшие с ним, облучались, сами того не зная. Кто был первопроходцем, и каковы другие свойства элемента, расскажем далее.

Свойства урана

Уран – элемент , открытый Мартином Клапротом. Он сплавил смоляную с едким . Продукт сплавления был неполностью растворим.

Клапрот понял, что предполагаемых , и в составе минерала нет. Тогда, ученый растворил обманку в .

Из раствора выпали шестигранные зеленого цвета. На них химик воздействовал желтой кровяной , то есть, гексацианоферратом калия.

Из раствора выпал бурый осадок. Этот окисел Клапрот восстановил льняным маслом, прокалил. Получился порошок.

Пришлось прокаливать уже его, смешав с бурым . В спекшейся массе обнаружились зерна нового металла.

Позже выяснилось, что это был не чистый уран , а его диоксид. Отдельно элемент получили лишь через 60 лет, в 1841-ом году. А еще через 55 Антуан Беккерель открыл явление радиоактивности.

Радиоактивность урана обусловлена способностью ядра элемента захватывать нейтроны и дробиться. При этом, выделяется внушительная энергия.

Она обусловлена кинетическими данными излучения и осколков. Есть возможность обеспечить непрерывное деление ядер.

Цепная реакция запускается при обогащении природного урана его 235-ым изотопом. Его не то, чтобы добавляют в металл.

Наоборот, из руды убирают малорадиоактивный и неэффективный 238-ой нуклид, а так же, 234-ый.

Их смесь именуют обедненной, а оставшийся уран называют обогащенным. Именно такой нужен промышленникам. Но, об этом поговорим в отдельной главе.

Уран излучает , как альфа-, так и бета- с гамма-лучами. Их обнаружили, увидев влияние металла на фотографическую пластину, обернутую черной .

Стало понятно, что новый элемент что-то излучает. Пока супруги Кюри исследовали, что именно, Мария получила дозу радиации, ставшей причиной развития у химика рака крови, от которого женщина умерла в 1934-ом году.

Бета-излучение способно разрушить не только человеческий организм, но и сам металл. Какой элемент образуется из урана? Ответ: — бревий.

Иначе его называют протактинием. Обнаружен в 1913-ом, как раз при изучении урана.

Последний превращается в бревий без сторонних воздействий и реактивов, лишь от бета-распада.

Внешне уран – химический элемент — цвета с металлическим блеском.

Так выглядят все актиноиды, к коим и относится 92-ое вещество. Начинается группа с 90-го номера, а заканчивается 103-им.

Стоя в начале списка, радиоактивный элемент уран , проявляет себя, как окислитель. Степени окисления могут быть 2-ой, 3-ей, 4-ой, 5-ой, 6-ой.

То есть, химически 92-ой металл активен. Если истереть уран в порошок, он самовоспламениться на воздухе.

В обычном виде вещество окислится при контакте с кислородом, покрывшись радужной пленкой.

Если довести температуру до 1000 градусов Цельсия, хим. элемент уран соединиться с . Образуется нитрид металла. Это вещество желтого цвета.

Брось его в воду, — раствориться, как и чистый уран. Разъедают его и все кислоты. Из органических элемент вытесняет водород.

Выталкивает его уран, так же, из соляных растворов , , , , . Если такой раствор встряхнуть, частицы 92-го металла начнут светиться.

Урановые соли нестабильны, распадаются на свету, или в присутствии органики.

Индифферентен элемент, пожалуй, лишь к щелочам. С ними в реакцию металл не вступает.

Открытие урана – это обнаружение сверхтяжелого элемента. Его масса позволяет выделить металл, точнее, минералы с ним, из руды.

Достаточно раздробить ее и засыпать в воду. Урановые частицы осядут первыми. С этого начинается добыча металла. Подробности, в следующей главе.

Добыча урана

Получив тяжелый осадок, промышленники выщелачивают концентрат. Цель – перевести уран в раствор. Используют серную кислоту.

Исключение делают для смолки. Этот минерал в кислоте не растворим, поэтому, используют щелочи. Секрет трудностей в 4-валентном состоянии урана.

Не проходит кислотное выщелачивание и с , . В этих минералах 92-ой металл тоже 4-валентный.

На такой воздействуют гидроксидом , известным, как едкий натр. В остальных случаях хороша кислородная продувка. Не надо отдельно запасаться серной кислотой.

Достаточно нагреть руду с сульфидными минералами до 150-ти градусов и направить на нее кислородную струю. Это ведет к образованию в кислоты, вымывающей уран .

Химический элемент и его применение связаны с чистыми формами металла. Дабы убрать примеси, используют сорбцию.

Ее проводят на ионообменных смолах. Подходит, так же, экстракция органическими растворителями.

Остается добавить в раствор щелочь, чтобы осадить уранаты аммония, растворить их в азотной кислоте и подвергнуть .

Итогом станут оксиды 92-го элемента. Их нагревают до 800-от градусов и восстанавливают водородом.

Итоговый оксид переводят во фторид урана , из которого кальциетермическим восстановлением и получают чистый металл. , как видно, не из простых. Зачем же так стараться?

Применение урана

92-ой металл – основное топливо ядерных реакторов. Обедненная смесь подходит для стационарных, а для силовых установок используют обогащенный элемент.

235-ый изотоп, так же, — основа ядерного оружия. Из 92-го металла можно получить и вторичное ядерное топливо.

Здесь стоит задаться вопросом, в какой элемент превращается уран . Из его 238-го изотопа получают , — еще одно радиоактивное, сверхтяжелое вещество.

У самого 238-го урана велик период полураспада , ондлится 4,5 миллиардов лет. Столь длительное разрушение приводит к малой энергоемкости.

Если рассматривать применение соединений урана, пригождаются его оксиды. Их используют в стекольной промышленности.

Оксиды выступают красителями. Можно получить от бледно-желтых до темно-зеленых. В ультрафиолетовых лучах материал флуоресцирует.

Это свойство используют не только в стеклах, но и урановых глазурях для . Оксидов урана в них от 0,3 до 6%.

В итоге, фон безопасен, не превышает 30-ти микрон в час. Фото элементов урана , точнее, изделий с его участием, весьма красочны. Свечение стекол и посуды притягивает взоры.

Цена урана

За килограмм необогащенной окиси урана дают около 150-ти долларов. Пиковые значения наблюдались в 2007-ом.

Тогда стоимость достигала 300-от долларов за кило. Разработки урановых руд останутся рентабельными и при цене в 90-100 условных единиц.

Кто открыл элемент уран , не знал, каковы его запасы в земной коре. Теперь, они подсчитаны.

Крупные месторождения с рентабельной ценой добычи истощатся к 2030-му году.

Если не откроют новых залежей, или не найдут альтернативы металлу, его стоимость поползет вверх.

Характеристики планеты:

• Расстояние от Солнца: 2 896.6 млн км
• Диаметр планеты: 51 118 км *
• Сутки на планете: 17ч 12мин **
• Год на планете: 84,01 года ***
• t° на поверхности: -210°C
• Атмосфера: 83% водород; 15% гелий; 2% метан
• Спутники: 17

* диаметр по экватору планеты
** период вращения вокруг собственной оси (в земных сутках)
*** период обращения по орбите вокруг Солнца (в земных сутках)

Развитие оптики в новое время привело к тому, что 13 марта 1781-го были расширены границы солнечной системы открытием планеты Уран, открытие было совершено Уильямом Гершелем.

Презентация: планета Уран

Это седьмая по счету планета солнечной системы, она имеет 27 спутников и 13 колец.

Внутреннее строение

Определить внутренне строение Урана можно лишь косвенно. Массу планеты, равную 14.5 земных масс определили ученые после изучения гравитационного влияния планеты на спутники. Есть предположение, что в центре Урана находится каменное ядро, которое в основном состоит из оксидов кремния. Его диаметр в 1.5 раза должен превысить диаметр земного ядра. Затем должна идти оболочка изо льда и камней, а после океан жидкого водорода. По другой точке зрения Уран вовсе не имеет ядра, и вся планета представляет собой огромный шар изо льда и жидкости, окруженный газовым покрывалом.

Атмосфера и поверхность

Атмосфера Урана в основном состоит из водорода, метана и воды. Это и есть практически весь основной состав недр планеты. Плотность Урана выше, чем у Юпитера или Сатурна в среднем она составляет 1.58 г/см3. Это говорит о том, что частично Уран состоит из гелия или обладает ядром, состоящим из тяжелых элементов.В атмосфере Урана присутствуют метан и углеводород. Его облака состоят из твердого льда и аммиака.

Спутники планеты Сатурн

У планеты, также, как у двух других крупных гигантов Юпитер и Сатурн, есть своя система колец. Обнаружены они были совсем не так давно в 1977 году совершенно случайно во время обычного наблюдения за затмением под Ураном одной из светивших звезд. Дело в том, что кольца Урана имеют крайне слабую способность отражать свет, поэтому об их наличии до того времени никто и не догадывался. В дальнейшем космический аппарат "Вояджер-2" подтвердил наличие системы колец у Урана.

Спутник планеты были обнаружены намного раньше, еще в 1787 году тем же астрономом Уильямом Гершелем, который и открыл саму планету. Первые открытые два спутника - Титания и Оберон. Они самые крупные спутники планеты, состоят в основном из льда серого цвета. В 1851 году астроном из Великобритании Уильям Лассел открыл еще два спутника - Ариэль и Умбриэль. , а еще спустя почти 100 лет в 1948 году астроном Джеральд Койпер нашел пятый спутник Урана Миранда. Позже межпланетный аппарат "Вояджер-2" обнаружит еще 13 спутников планеты, недавно были открыты еще несколько спутников, поэтому на настоящее время известно уже о 27 спутниках Урана.

В 1977 году на Уране была обнаружена необычная система колец. Главное их отличие от сатурновских заключается в том, что они состоят из крайне темных частиц. Кольца можно обнаружить только при сильном ослаблении света звезд, находящихся за ними.

Уран имеет 4 крупных спутника: Титания, Оберон, Ариэл ь, Умбриэль, возможно они имеют кору, ядро и мантию. Необычны и размеры планетной системы, они очень невелики. Самый дальний спутник Оберон движется по орбите, отдаленной от планеты на 226 000 км, а ближайший спутник Миранда вращается на расстоянии всего в 130 000 км.

Это единственная планета солнечной системы ось, которой имеет наклон к орбите более чем в 90 градусов. Соответственно получается, что планета как бы «лежит на боку». Считается, что произошло это вследствие столкновения гиганта с огромным астероидом, что и привело к смещению полюсов. Лето на южном полюсе длится в течение 42 земных лет, за это время солнце ни разу не покидает небосклон, зимою же наоборот 42 года царит непроглядная тьма.

Это самая холодная планета солнечной системы, самая низкая зафиксированная температура равна -224°C. На Уране дуют постоянные ветра, скорость которых колеблется в пределах 140 - 580 км/ч.

Изучение планеты

Единственный достигший Урана космический аппарат - Вояджер 2. Полученные с него данные просто поражали, оказывается планета имеет 4 магнитных полюса, 2 главных и 2 второстепенных. Также были сделаны измерения температуры на разных полюсах планеты, что также привело ученых в замешательство. Температура на планете постоянна, и отличается примерно на 3-4 градуса. Ученые пока не могут объяснить причину, но считается, что это происходит из-за насыщенности атмосферы парами воды. Тогда движение воздушных масс в атмосфере схоже с земными морскими течениями.

Загадки солнечной системы еще не раскрыты, а Уран является одной из самых ее наиболее загадочных представителей. Масса полученной информации с Вояджера 2 лишь слегка приоткрыла завесу тайны, но с другой стороны эти открытия привели к еще большим загадкам и вопросам.

Это третий по размерам из четырех газовых гигантов. Он был обнаружен в 1871 году Фредериком Уильямом Гершельем.
Уран удивителен тем, что это единственная планета в Солнечной системе, которая имеет ось, лежащую в плоскости движения планет вокруг Солнца, и кольца, перпендикулярны к этой плоскости.
Если это представить, то Уран вращается лежа на боку.
Планета делает один оборот за 84 земных года. Смена времен года происходит только на небольшой территории возле полюсов. Так 42 года на одном полюсе лето, через 42 года лето на другом полюсе, а на противоположном, соответственно – зима.

Холодная зона, сторона планеты, которая обращена в сторону от солнца имеет температуру от -271 ° С до -268 ° С (от 2 до 5 К), в то время как температура на стороне планеты, обращенной к Солнцу, имеет температуру -213 ° С.
Это официально принятые данные. Но с другой стороны – планета является газовым гигантом, и у нее просто нет некой четко обозначенной поверхности.
Сначала идет газ, далее ближе к центру планеты – жидкость или сжиженный газ под действием давления и возможно еще ближе к центру есть твердая порода, но которая существует и образовалась только благодаря колоссальному давлению на нее.
Атмосфера планеты состоит из водорода и гелия, есть следы метана и других углеводородов.
Уран вращается вокруг Солнца на расстоянии 2 871 млн. км. Вращение вокруг своей оси занимает около 17 часов, это меньше, чем вращение и .
Масса планеты составляет пятнадцать масс , а плотность 1,2 г / см 3 .
Радиус планеты составляет примерно 26200 км.
Планета имеет голубой цвет, - этот цвет планете придает метан, содержащийся в ее атмосфере.

В недрах Урана различают три зоны: горячее ядро с радиусом 7500 км, состоящим из железа и силикатов. Оболочка-мантия 10000 км изо льда, воды, метана и аммиака.
Поверхностный слой состоит из гелия, водорода и метана.
Уран, в отличие от Юпитера и Сатурна не имеют внутреннего интенсивного источника теплового излучения.

С 1977 года, были открыты девять колец вокруг Урана. Зонд «Вояджер» подтвердил их существование, и обнаружили еще два. Эти одиннадцать колец располагаются в промежутке 41800 и 51200 км от планеты.

Уран имеет 15 естественных спутников (по некоторым источникам - 17).

Основная информация об Уране.		Параметры Урана
Диаметр (км)	oк. 52 400 км	Масса (в соотношении с Землей)	14,53
Расстояние от Солнца (млн. км)	2871	Эксцентриситет орбиты	0,047
Орбитальная скорость (км / с)	6,81	Наклон оси вращения относительно эклиптики	0 * 46 `23 ``
Орбитальный период вокруг Солнца	84,018 лет	Температура поверхности	от - 271 o C до -213 o С
Период вращения вокруг своей оси	17 часов 15 минут	Количество спутников	17