какая планета стала первой планетой у которой было обнаружено ядро
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать /наука, история, политика, творчество/
Названная в честь греческого Бога неба, планета Уран была обнаружена знаменитым астрономом Уильямом Гершелем (William Herschel) в 1781 году. Слишком тусклая, чтобы ученые древности смогли увидеть ее невооруженным глазом, она стала первой планетой, обнаруженной с помощью телескопа. В результате сначала великий астроном и его современники считали Уран звездой или кометой.
Этот загадочный, красивый, газообразный, сине-зеленый ледяной гигант, который стал известен как седьмая планета от Солнца, находится так далеко от своей звезды, что для завершения одного полного оборота вокруг нее требуется 84 земных года.
Газовые и ледяные гиганты в нашей Солнечной системе находятся так далеко от Земли, что их чрезвычайно трудно наблюдать и изучать. Полет зонда «Вояджер (Voyager)» стал единственным источником многих, если не всех, реальных исходных данных, которые у нас есть о внешних планетах.
Таким образом, эти исследования сыграли важную роль в том, как сегодня мы понимаем эти планеты.
10. Планета с собственным разумом
Подобно Венере, Уран вращается по направлению с востока на запад, что является полной противоположностью направлению вращения Земли и большинства других планет. День на Уране довольно короткий, длится всего 17 земных часов и 14 земных минут.
Ось вращения планеты наклонена под углом, почти параллельно ее орбитальной плоскости, в результате чего Уран выглядит так, как будто он вращается на собственном боку, как кусок мрамора, катящийся по полу. «Нормальная» планета похожа на баскетбольный мяч, вращающийся на пальце.
Ученые-планетологи предполагают, что эта аномалия вращения могла возникнуть в результате мощного столкновения Урана с другим небесным телом, таким как астероид. Из-за этого неординарного вращения времена года на Уране длятся 21 год. Это приводит к серьезной разнице в количестве солнечного света, который планета получает в разное время и в разных регионах в течение долгого года на Уране.
9. Система колец Урана
В январе 1986 года космический зонд «Вояджер-2» вошел на глубину 81 500 км в верхние облака Урана, передавая при этом на Землю огромное количество данных о ледяном гиганте, включая особенности его магнитного поля, поверхности и атмосферы. Этот исторический полет НАСА также стал источником тысяч цифровых фотографий планеты, ее спутников и колец.
Да, верно, его колец. Как и у всех гигантов в Солнечной системе, у Урана есть кольца. Несколько научных приборов на зонде сосредоточились на системе колец, раскрывая мелкие детали известных колец и открыв два ранее неизвестных кольца, число которых в общей сложности составило 13.
Размер обломков внутри колец варьируются от частиц размером с пыль до твердых предметов размером с небольшие валуны. Есть два ярких внешних кольца и 11 более тусклых внутренних. Внутренние кольца Урана были впервые обнаружены в 1977 году, в то время как внешние два были обнаружены космическим телескопом Хаббла в период между 2003 и 2005 годами.
Девять из 13 колец были обнаружены случайно в 1977 году, в момент, когда ученые наблюдали за далекой звездой, которая прошла за планетой, позволив увидеть ее кольца во всей красе. На самом деле кольца Урана существуют в виде двух разных «наборов колец», или «кольцевых систем», что также довольно необычно в нашей Солнечной системе.
8. Странная и необузданная погода на Уране
На планете Земля, мы наслаждаемся дождем в виде жидкой воды. Иногда, может идти дождь из странных красных организмов или даже рыбы. Но по большей части дождь на Земле безопасен.
Используя самый яркий источник рентгеновского излучения на планете, ученые, наконец, получили то, что они считают твердым доказательством этого давнего научного утверждения. Опубликованная в Nature Astronomy в 2017 году, работа включала исследования в Национальной Ускорительной лаборатории SLAC (SLAC National Accelerator Laboratory), для которых сочетали мощный оптический лазер, Когерентный источник света Linac (Linac Coherent Light Source) (LCLS), с рентгеновским лазером на свободных электронах, в результате чего производились рентгеновские импульсы длительностью один миллион миллиардных секунды!
Это дает возможность провести сверхбыструю и чрезвычайно точную проверку процессов вплоть до атомарного уровня. Используя эту установку, ученые зафиксировали, как крошечные алмазы образуют ударные волны, проходящие через специальный пластик. Это позволило взглянуть на процессы, происходящие в атмосферах планет, но в гораздо большем масштабе.
Пластический материал, называемый полистиролом, состоит из углерода и водорода (которые являются двумя элементами, которых на Уране в изобилии), поэтому основным направлением эксперимента было индуцирование ударных волн в материал. Теория предполагала наличие метана, состоящего из одного атома углерода и 4 атомов водорода, который содержится в атмосфере и образует углеродные цепи, в конечном счете превращающиеся в алмазы, когда температура и давление достигают определенных отметок.
Алмазы «вытягиваются» на высоте более чем 8000 километров над поверхностью планеты, и в конце концов преобразуются в алмазный дождь. Доминик Краус (Dominik Kraus), ведущий автор журнала Nature Astronomy, сказал «Когда я увидел результаты этого последнего эксперимента, это стало одним из лучших моментов моей научной карьеры». В научном мире эти крошечные алмазы известны как наноалмазы.
Полагают, что дождь из наноалмазов идет и на Нептуне.
7. Уран является самым холодным местом в Солнечной системе … иногда
Логично предположить, что это Нептун, потому что это самая далекая от Солнца планета. Но это не так. Уран переплюнул Нептун в попытке стать самым холодным телом в Солнечной системе.
В настоящее время существует две теории о том, почему Уран иногда является самой холодной планетой. Во-первых, похоже, что Уран был повален на бок в результате раннего столкновения, которое могло вызвать утечку тепла из ядра планеты в космос. Согласно второй теории, живая атмосфера Урана во время периода его равноденствия могла терять тепло.
6. Почему Уран сине-зеленый?
5. Уран может скрывать две луны
Когда «Вояджер-2» совершил полет вокруг Урана в 1986 году, он обнаружил 10 новых лун, в результате чего всего их стало 27. Однако, если правы ученые-планетологи из Университета Айдахо (University of Idaho), во время своей исторической миссии зонд пропустил пару лун.
При рассмотрении данных «Вояджера» ученые-планетологи Роб Чансия (Rob Chancia) и Мэтью Хедман (Matthew Hedman) обнаружили, что на двух кольцах, окружающих планету, которые называются Альфа (Alpha) и Бета (Beta), есть рябь. Ранее появление подобных волнистых узоров было вызвано гравитацией двух проходящих лун, Офелии (Ophelia) и Корделии (Cordelia), а также пары десятков сфер и шаров, приближающихся к ледяному гиганту.
Считается, что кольца вокруг Урана были сформированы под действием силы тяжести этих маленьких тел, сжатых вокруг него, и заставляющих частицы космической пыли и других обломков образовывать тонкие кольца, которые мы видим сегодня. Последнее открытие таких разновидностей ряби наводит на мысль о существовании двух неизвестных спутников.
Если эти луны существуют, то по мнению Чансия, они очень маленькие, около 4,0–13,7 км в диаметре. Поэтому камера «Вояджера» либо не могла их обнаружить, либо на изображениях они появлялись в качестве фонового шума.
Марк Шоуолтер (Mark Showalter), гордость проекта SETI, сказал: «Новые открытия демонстрируют, что Уран имеет молодую и динамичную систему колец и лун. Другими словами, мы уверены, что Уран продолжит нас удивлять».
4. Таинственное магнитное поле Урана
Это странно. Магнитные полюса планеты даже близко не совпадают с ее географическими полюсами. Магнитное поле Урана смещено вбок на 59 градусов от оси вращения планеты и смещено таким образом, что не проходит через центр планеты.
Для сравнения, магнитное поле Земли наклонено всего на 11 градусов и похоже на магнитный стержень, у которого есть северный полюс и южный полюс, а само поле называется дипольным. Магнитное поле Урана гораздо сложнее. Оно имеет дипольный компонент и еще одну часть с четырьмя магнитными полюсами.
Принимая во внимание все эти различные магнитные полюса и большой угол наклона планеты, неудивительно, что сила магнитного поля сильно варьируется в разных местах. Например, в Южном полушарии магнитное поле Урана только на треть соответствует магнитному полю Земли. Однако в северном полушарии магнитное поле Урана почти в четыре раза превосходит магнитное поле нашей планеты.
Ученые полагают, что магнитное поле планеты усиливает большой, соленый водоем на Уране. Они привыкли думать, что наклон магнитного поля Урана в 59 градусов и наклон оси его вращения в 98 градусов обеспечивают планету мощной магнитосферой. Но они оказались неправы.
Магнитосфера Урана вполне обычная и ничем не отличается от магнитосферы других планет. Ученые до сих пор пытаются выяснить, почему так происходит. Они обнаружили, что на Уране есть сияния, похожие на Северное и Южное сияние здесь, на Земле.
3. Зонд НАСА «Вояджер-2» и Уран
Запущенный 20 августа 1977 года, космический зонд НАСА «Вояджер-2» стал первым и пока единственным космическим кораблем НАСА, совершившим облет вокруг Урана и отправившим на Землю первые фотографии крупным планом большой голубой сферы.
Во время своей длительной миссии «Вояджер-2» успешно завершил облет всех четырех так называемых «газовых гигантов», начав с Юпитера в июле 1979 года, затем облетев Сатурн в августе 1981 года, Уран в январе 1986 года и Нептун в августе 1989 года.
«Вояджер-1» покинул нашу Солнечную систему и оправился в межзвездное пространство в 2012 году. Вояджер-2 все еще находится в гелиооболочке, внешней области шара Солнца (она же гелиосфера). В конце концов, «Вояджер-2» также улетит в межзвездное пространство.
Недавнее исследование показывает, что облака в верхней атмосфере Урана состоят в основном из сероводорода, который является химическим соединением, издающим запах тухлых яиц.
Долгое время ученых интересовал состав этих облаков, особенно то, состоят ли они в основном из сероводородного льда или аммиачного льда как на Сатурне и Юпитере.
Поскольку Уран находится так далеко, подробное изучение этого ледяного гиганта в лучшем случае затруднено. Кроме того, имея данные единственного полета «Вояджера-2» в январе 1986, на эти вопросы ответить трудно.
Ученые использовали интегральный Спектрометр Ближнего Инфракрасного Поля на Гавайях (Near-Infrared Integral Field Spectrometer in Hawaii) для изучения солнечного света, отражающегося от атмосферы чуть выше вершин облаков на Уране. Они обнаружили следы сероводорода. Ли Флетчер (Leigh Fletcher), соавтор исследования, заявил: «Над облаками остается только небольшое количество в виде насыщенного пара, и именно поэтому так сложно уловить следы аммиака и сероводорода над ярусами облаков Урана. С уникальными возможностями Gemini нам, наконец повезло».
Ученые предполагают, что облака Урана и Нептуна очень похожи. Они, вероятно, отличаются от облаков Сатурна и Юпитера из-за того, что эти планеты находятся намного дальше от Солнца, чем два газовых гиганта. Патрик Ирвин (Patrick Irwin), ведущий автор исследования, заявил: «Если несчастные люди когда-либо спустятся сквозь облака Урана, их встретит очень неприятная и дурно пахнущая окружающая среда.
1. Уран повернут в сторону из-за множества ударов
По мнению большинства, Уран в Солнечной системе является «чудаком», и его часто называют «наклоненной планетой». Исследователи говорят, что недавние открытия проливают свет на древнюю историю ледяного гиганта, включая формирование и эволюцию всех планет-гигантов в нашей Солнечной системе.
В 2011 году тогдашний руководитель исследования Алессандро Морбиделли (Alessandro Morbidelli) сказал: «Стандартная теория формирования планет предполагает, что Уран, Нептун и ядра Юпитера и Сатурна образуются путем срастания небольших объектов в протопланетарный диск. Они не должны были пострадать от мощных столкновений».
Он продолжил: Тот факт, что Уран пережил столкновение, по крайней мере, дважды, предполагает, что планеты-гиганты сформировались в результате мощных столкновений, поэтому стандартную теорию следует пересмотреть».
Уран действительно странный. Его ось вращения расположилась под странным углом в 98 градусов. Гигантский шар из ледяного газа вращается на боку. Угол наклона оси любой другой планеты в Солнечной системе даже близко не приближается к 98 градусам.
Например, угол наклона оси Земли составляет 23 градуса, в то время как гигантский Юпитер наклонен всего на 3 градуса. Долгое время ученые считали, что такой большой угол наклона появился в результате одного сильного удара. Но после запуска серии сложных компьютерных симуляций, они, возможно, нашли более подходящее объяснение.
В модели «Одного удара» спутники будут вращаться в противоположном направлении от того, в котором они вращаются сегодня. Не хорошо. Поэтому исследователи изменили параметры программы, чтобы имитировать удары двух тел. Они обнаружили, что минимум два менее сильных столкновения объясняют движение лун, какое оно есть сегодня. Очевидно, что для проверки этих результатов потребуются дополнительные исследования.
Откуда мы знаем, что находится в ядре Земли?
Люди заполнили Землю. Мы завоевывали земли, летали по воздуху, ныряли в глубины океана. Мы даже побывали на Луне. Но мы никогда не были в ядре планеты. Мы даже и близко к нему не подобрались. Центральная точка Земли находится в 6000 километрах внизу, и даже самая дальняя часть ядра находится в 3000 километрах под нашими ногами. Самая глубокая дыра, которую мы сделали на поверхности — это Кольская сверхглубокая скважина в России, да и то она уходит вглубь земли на жалкие 12,3 километра.
Все известные события на Земле происходят близко к поверхности. Лава, которая извергается из вулканов, сначала плавится на глубине нескольких сотен километров. Даже бриллианты, которым необходимо чрезвычайное тепло и давление для образования, рождаются в породах на глубине не более 500 километров.
Все, что ниже, окутано тайной. Кажется недостижимым. И все же мы знаем довольно много интересного о нашем ядре. У нас даже есть некоторое представление о том, как оно сформировалось миллиарды лет назад — и все без единого физического образца. Как же нам удалось узнать так много о ядре Земли?
Для начала нужно хорошо подумать о массе Земли, говорит Саймон Редферн из Кембриджского университета в Великобритании. Мы можем оценить массу Земли, наблюдая за эффектом гравитации планеты, который она оказывает на объекты на поверхности. Выяснилось, что масса Земли составляет 5,9 секстиллиона тонн: это 59 с двадцатью нулями.
Но на поверхности нет признаков такой массы.
«Плотность материала на поверхности Земли намного ниже, чем средняя плотность всей Земли, что говорит нам о том, что есть что-то более плотное, — говорит Редферн. — Это первое».
По существу, большая часть земной массы должна быть расположена по направлению к центру планеты. Следующим шагом будет выяснить, из каких тяжелых материалов состоит ядро. И оно состоит почти полностью из железа. 80% ядра — это железо, однако точную цифру еще придется выяснить.
Главным доказательством этого является огромное количество железа во Вселенной вокруг нас. Это один из десяти самых распространенных элементов в нашей галактике, который также часто встречается в метеоритах. При всем этом на поверхности Земли намного меньше железа, чем можно было бы ожидать. Согласно теории, когда Земли образовалась 4,5 миллиарда лет назад, много железа утекло вниз к ядру.
Там сосредоточена большая часть массы, а значит, и железо должно там быть. Железо также относительно плотный элемент при нормальных условиях, а под сильным давлением в ядре Земли оно будет еще плотнее. Железное ядро могло бы объяснить всю недостающую массу.
Но погодите. Как железо вообще там оказалось? Железо должно было каким-то образом притянуться — в буквальном смысле — к центру Земли. Но сейчас этого не происходит.
Большая часть остальной Земли состоит из горных пород — силикатов — и расплавленное железо с трудом через них проходит. Подобно тому, как вода на жирной поверхности образует капли, железо собирается в небольших резервуарах, отказываясь растекаться и разливаться.
Возможное решение было обнаружено в 2013 году Венди Мао из Стэнфордского университета и ее коллегами. Они задались вопросом, что происходит, когда железо и силикат подвергаются сильному давлению глубоко в земле.
Плотно сжимая оба вещества при помощи алмазов, ученым удалось протолкнуть расплавленное железо через силикат. «Это давление существенно изменяет свойства взаимодействия железа с силикатами, — говорит Мао. — При высоком давлении образуется «сеть плавления».
В этот момент вы можете спросить: откуда мы, собственно, знаем размер ядра? Почему ученые считают, что оно начинается в 3000 километрах? Ответ один: сейсмология.
Когда происходит землетрясение, оно посылает ударные волны по всей планете. Сейсмологи записывают эти колебания. Будто бы мы бьем по одной стороне планеты гигантским молотом и прислушиваемся к шуму на другой стороне.
«В 1960-х годах произошло землетрясение в Чили, которое дало нам огромное количество данных, — говорит Редферн. — Все сейсмические станции по всей Земле записывали толчки этого землетрясения».
В зависимости от маршрута этих колебаний, они проходят через разные участки Земли, и это влияет на то, какой «звук» они издают на другом конце.
В начале истории сейсмологии стало очевидно, что некоторые колебания пропали без вести. Эти «S-волны» ожидали увидеть на другом конце Земли после происхождения на одном, но не увидели. Причина этому простая. S-волны реверберируют через твердый материал и не могут проходить через жидкость.
Должно быть, они столкнулись с чем-то расплавленным в центре Земли. Составив карту путей S-волн, ученые пришли к выводу, что на глубине примерно 3000 километров породы становятся жидкими. Это также говорит о том, что все ядро расплавленное. Но у сейсмологов был и другой сюрприз в этой истории.
Идея Леман была подтверждена в 1970 году, когда более чувствительные сейсмографы показали, что P-волны действительно проходят через ядро и, в некоторых случаях, отражаются от него под некоторыми углами. Неудивительно, что в конце концов они оказываются на другой стороне планеты.
Конкурирующие страны узнавали о ядерном потенциале друг друга и параллельно с этим мы узнавали все больше и больше о ядре Земли. Сейсмология до сих пор используется для обнаружения ядерных взрывов сегодня.
Вопросов от этого не становится меньше, особенно на тему внутреннего ядра. К примеру, насколько оно горячее? Выяснить это оказалось не так-то просто, и ученые долгое время ломали голову, говорит Лидунка Вокадло из Университетского колледжа Лондона в Великобритании. Мы не можем засунуть туда термометр, поэтому единственный возможный вариант — это создать нужное давление в лабораторных условиях.
В 2013 году группа французских ученых произвели лучшую оценку на сегодняшний день. Они подвергли чистое железо давлению в половину того, что имеется в ядре, и отталкивались уже от этого. Температура плавления чистого железа в ядре составляет примерно 6230 градусов. Присутствие других материалов может немного снизить точку плавления, до 6000 градусов. Но это все равно горячее, чем на поверхности Солнца.
Будучи своего рода поджаренной картошкой в мундире, ядро Земли остается горячим, благодаря теплу, оставшемуся от образования планеты. Оно также извлекает тепло из трения, возникающего по мере движения плотных материалов, а также распада радиоактивных элементов. Остывает оно примерно на 100 градусов по Цельсию каждый миллиард лет.
Знать эту температуру полезно, поскольку она влияет на скорость прохождения колебаний через ядро. И это удобно, потому что в этих вибрациях есть что-то странное. P-волны проходят неожиданно медленно через внутреннее ядро — медленнее, чем если бы оно состояло из чистого железа.
«Скорости волн, которые сейсмологи измерили в землетрясениях, значительно ниже, чем показывает эксперимент или компьютерный расчет, — говорит Вокадло. — Никто пока не знает, почему так».
Очевидно, к железу примешивается другой материал. Возможно, никель. Но ученые посчитали, как сейсмические волны должны проходить через железо-никелевый сплав, и не смогли подогнать расчеты под наблюдения.
Вокадло и ее коллеги в настоящее время рассматривают возможность присутствия в ядре других элементов, например, серы и кремния. Пока никто не смог придумать теорию состава внутреннего ядра, которая удовлетворила бы всех. Проблема Золушки: туфелька никому не подходит. Вокадло пытается экспериментировать с материалами внутреннего ядра на компьютере. Она надеется найти комбинацию материалов, температур и давления, которые будут замедлять сейсмические волны на правильную величину.
«Если этот эффект реален, мы могли бы примирить результаты минеральной физики с результатами сейсмологии, — говорит Вокадло. — Люди пока не могут этого сделать».
Существует еще много загадок, связаных с ядром Земли, которые еще предстоит решить. Но не имея возможности погрузиться на эти невообразимые глубины, ученые совершают подвиг, выясняя, что находится в тысячах километров под нами. Скрытые процессы недр Земли чрезвычайно важно изучать. У Земли есть мощное магнитное поле, которое генерируется благодаря частично расплавленному ядру. Постоянное движение расплавленного ядра порождает электрический ток внутри планеты, и он, в свою очередь, генерирует магнитное поле, которое уходит далеко в космос.
Это магнитное поле защищает нас от вредного солнечного излучения. Не будь ядро Земли таким, каким оно является, не было бы магнитного поля, а мы бы серьезно от этого страдали. Вряд ли кто-нибудь из нас сможет увидеть ядро своими глазами, но хорошо просто знать, что оно там есть.