اورانوس (Uranus)

اورانوس هفتمین سیاره‌ی دور از خورشید و سبک‌ترین سیاره در بین غول‌های گازی یا سیارات مشتری‌سان است. سیارات مشتری‌سان مشتری، زحل، اورانوس و نپتون را شامل می‌شود. وقتی اورانوس در روشن‌ترین حالت خود است، با چشم غیر‌مسلح، به سختی، به شکل یک نقطه‌ی درخشان دیده می‌شود.

سیاره‌ی اورانوس سومین سیاره بزرگ منظومه‌ی شمسی است.

اطلاعات اولیه‌ی نجومی

تاریخچه

کشف

اورانوس اولین سیاره‌ایست که با کمک تلسکوپ در سال 1781 میلادی/ 1160 شمسی کشف شد.

ویلیام هرشل (William Herschel)، ستاره‌شناسی که اورانوس را کشف کرد در ابتدا فکر می‌کرد که اورانوس ستاره و یا یک دنباله‌دار است. دو سال بعد، این جرم آسمانی به عنوان یک سیاره پذیرفته شد. مشاهدات ستاره شناس یوهان الرت بده (Johann Elert Bode) باعث شد که اورانوس سیاره تلقی شود.

ریشه‌ی اسم

ویلیام هرشل سعی کرد به این جرم آسمانی‌ که کشف کرده بود اسم «جورجیوم سایدس» یا «ستاره‌ی جورج» (Georgium Sidus) را بدهد، بخاطر جرج سوم، پادشاه وقت بریتانیا. اما موفق نشد. یوهان الرت بده پیشنهاد کرد که به این سیاره اورانوس بگوییم. اورانوس «Uranus» در یونان باستان خدای آسمان‌هاست. این خدا پدر کرونوس (زحل) و پدربزرگ زئوس (مشتری) است. سیاره‌ی اورانوس تنها سیاره‌ایست که اسمش در زبان انگلیسی به صورت مستقیم از اساطیر یونان می‌آید.

مدار و چرخش

اورانوس هر 84 سال یک دور کامل به دور خورشید می‌چرخد. در سال 2033 میلادی/ 1412 شمسی، سیاره‌ی اورانوس سومین دور کامل خود را، بعد از کشف شدنش در سال 1781 میلادی/ 1160 شمسی، به دور خورشید خواهد زد.

فاصله‌ی اورانوس از خورشید تقریبا 20 واحد نجومی یا 3 میلیارد کیلومتر است. تفاوت حداقل و حداکثر فاصله‌ی اورانوس از خورشید 1.8 واحد نجومی است. شدت نور خورشید با عکس مجذور فاصله تغییر می‌کند و بنابراین شدت نور در اورانوس (در حدود 20 برابر فاصله از خورشید در مقایسه با زمین) حدود 1/400 شدت نور در زمین است.

عناصر مداری سیاره‌ی اورانوس برای اولین بار در سال 1783 توسط پیر سیمون لاپلاس محاسبه شد. با گذشت زمان، معلوم شد اختلافاتی بین مدارهای پیش بینی شده و مدارهای مشاهده شده وجود دارد. 

در سال 1841 میلادی/ 1220 شمسی، جان کاوچ آدامز برای اولین بار این فرضیه را مطرح کرد که این تفاوت‌ها ممکن است به دلیل کشش گرانشی سیاره‌ای باشد که نادیده گرفته شده است. در سال 1845 میلادی/ 1224 شمسی، اوربن لو وریه مطالعات مستقل خودش را در مورد مدار اورانوس شروع کرد. در 23 سپتامبر 1846 میلادی/ 1 مهر 1225 شمسی، یوهان گوتفرید سیاره‌ی دیگری را کشف کرد که بعدا نپتون نام‌گذاری شد. تقریباً در همان مکانی که لو وریه پیش بینی کرده بود. 

دوره‌ی چرخشی قسمت داخلی سیاره‌ی اورانوس 17 ساعت و 14 دقیقه است. مانند سیارات غول‌پیکر دیگر، در قسمت بالایی اتمسفر اورانوس بادهای شدیدی در جهت چرخش می‌وزند. در برخی از عرض‌های جغرافیایی، مانند حدود 60 درجه جنوبی، بعضی از قسمت‌های قابل مشاهده‌ی جو بسیار سریع‌تر حرکت می‌کنند و چرخش کامل را در کمتر از 14 ساعت انجام می‌دهند.

انحراف محوری

محور چرخش سیاره‌ی اورانوس تقریباً با صفحه منظومه شمسی موازی است. انحراف محوری 97.77° اورانوس باعث شده است که تغییرات فصلی اورانوس کاملا با باقی سیارات متفاوت باشد.

در انقلابین (solstice)، یک قطب اورانوس کاملا رو به خورشید است و قطب دیگر کاملا پشت به خورشید است. فقط یک نوار باریک در اطراف استوا یک چرخه سریع روز و شب را تجربه می کند، اما خورشید در پایین افق است. در سمت دیگر مدار اورانوس، جهت قطب‌ها نسبت به خورشید برعکس می‌شود. هر قطب حدود 42 سال به طور مداوم نور خورشید را دریافت می‌کند و بعد از آن 42 سال در تاریکی خواهد بود.

در اعتدالین (Equinox)، خورشید رو به خط استوای اورانوس است و سیاره‌ی اورانوس دوره‌ای از چرخه‌های روز و شب مشابه سیارات دیگر را تجربه می‌کند.

یکی از نتایج این جهت‌گیری محوری این است که به‌طور میانگین در طول سال اورانوس، نواحی قطبی اورانوس بیشتر از نواحی استوایی آن انرژی از خورشید دریافت می‌کنند.

با این وجود، اورانوس در استوای خود گرمتر از قطب های خود است. اما علت این امر مشخص نیست. دلیل انحراف محوری غیرعادی اورانوس نیز با قطعیت مشخص نیست. اما حدس معمول این است که در طی به وجود آمدن منظومه‌ی شمسی، یک پیش سیاره (Protoplanet) به اندازه‌ی زمین به اورانوس برخورد کرده است و باعث شده است که جهت‌گیری این سیاره کج شود.

ویژگی‌های فیزیکی

ساختار داخلی

جرم اورانوس حدود 14.5 برابر زمین است. و این باعث شده است که اورانوس سبک‌ترین سیاره در بین سیارات غول‌پیکر باشد. قطر این سیاره کمی از نپتون بزرگتر است. با شعاع میانگین 25,362 کیلومتر، پهنای اورانوس چهار برابر زمین است. اگر زمین به اندازه‌ی یک سیب بزرگ بود، اورانوس به اندازه‌ی یک توپ بسکتبال می‌شد. به این ترتیب، چگالی اورانوس 1.27 گرم بر سانتی‌متر مکعب است، که این یعنی اورانوس بعد از زحل کم‌چگال‌ترین سیاره منظومه‌ی شمسی است. این مقدار نشان می‌دهد که این سیاره به طور عمده از یخ‌های مختلف مانند آب، آمونیاک و متان ساخته شده است. جرم کل یخی که در اورانوس موجود است به طور دقیق مشخص نیست، بسته به مدل انتخاب شده، جرم کل یخ‌ها باید بین 9.3 تا 13.5 جرم زمین باشد.

هیدروژن و هلیوم تنها بخش کوچکی از کل جرم را تشکیل می‌دهند که بین 0.5 تا 1.5 جرم زمین است. باقیمانده جرم غیر یخی (0.5 تا 3.7 جرم زمین) از مواد سنگی تشکیل می شود.

مدل استاندارد ساختار داخلی اورانوس از سه بخش تشکیل شده است: یک هسته‌ی سنگی ساخته شده از سیلیکات و آلیاژ آهن-نیکل در مرکز، یک گوشته‌ی یخی در وسط و یک پوشش گازی بیرونی ساخته شده از هیدروژن و هلیوم. هسته‌ی اورانوس نسبتا کوچک است، جرم آن فقط 0.55 جرم زمین و شعاع آن کمتر از 20 درصد اورانوس است. گوشته با حدود 13.4 جرم زمین، بخش عمده‌ی آن را تشکیل می‌دهد. و اتمسفر بیرونی نسبتاً ناچیز است، وزنی در حدود 0.5 جرم زمین دارد و تا 20٪ آخر شعاع اورانوس امتداد دارد.

اتمسفر

اگرچه اورانوس هیچ سطح جامد کاملاً مشخصی ندارد، اما بیرونی ترین قسمت پوشش گازی اورانوس که برای سنجش از دور قابل دسترسی است، جو آن نامیده می شود. اتمسفر اورانوس به سه قسمت تقسیم می‌شود: تروپوسفر، استراتوسفر و ترموسفر. اورانوس مزوسفر ندارد.

ترکیب اتمسفر اورانوس با بخش عمده آن متفاوت است و عمدتاً از مولکول هیدروژن و هلیوم تشکیل شده است. سومین عنصر فراوان در جو اورانوس متان است. متان دارای باندهای جذب‌ (absorption bands) بزرگی در بخش مرئی و نزدیک به مادون قرمز نور است. این باعث شده است که اورانوس به رنگ زمردی کبود و فیروزه‌ای روشن باشد.

مگنتوسفر

مشاهدات کاوشگر وویجر نشان داد که میدان مغناطیسی اورانوس عجیب است، هم به این دلیل که از مرکز هندسی آن سرچشمه نمی‌گیرد و هم به این دلیل که بردار این میدان مغناطیسی با محور چرخش سیاره 59 درجه زاویه دارد. در واقع، دوقطبی مغناطیسی به اندازه یک سوم شعاع سیاره از مرکز اورانوس به سمت قطب جنوب جا به جا شده است. این هندسه‌ی غیرمعمول باعث بوجود آمدن یک مگنتوسفر بسیار نامتقارن شده است، شدت میدان مغناطیسی روی سطح در نیمکره جنوبی می‌تواند تا 0.1 گاوس باشد، و در نیمکره شمالی می‌تواند به 1.1 گاوس برسد. میدان متوسط در سطح 0.23 گاوس است. در مقایسه، میدان مغناطیسی زمین تقریباً در هر دو قطب قوی است و "استوای مغناطیسی" آن تقریباً موازی با استوای جغرافیایی آن است. گشتاور دوقطبی اورانوس 50 برابر زمین است. به طور کلی، ساختار مگنتوسفر اورانوس با مشتری متفاوت است و بیشتر شبیه ساختار زحل است.

مگنتوسفر اورانوس حاوی ذرات باردار است: عمدتاً پروتون و الکترون، با مقدار کمی یون H2+. بسیاری از این ذرات احتمالاً از ترموسفر نشئت می‌گیرند.

شرایط آب و هوایی اورانوس

در طول موج‌های فرابنفش و مرئی، اتمسفر اورانوس در مقایسه با سیارات غول‌پیکر دیگر، حتی با نپتون که شباهت زیادی به آن دارد، ملایم است. زمانی که وویجر 2 از کنار اورانوس رد شد، در کل ده ویژگی ابری را در سراسر سیاره مشاهده کرد. یک توضیح پیشنهادی برای این کمبود این است که گرمای درونی اورانوس به طور قابل توجهی کمتر از سایر سیارات غول‌پیکر است. کمترین دمای ثبت شده در اورانوس 224- درجه سانتیگراد است که این یعنی اورانوس سردترین سیاره‌ی منظومه شمسی است.

بله، اورانوس حلقه دارد

حلقه‌های اورانوس برای اولین بار بعد از حلقه‌های زحل مشاهده شدند. این مشاهدات کشف مهمی بودند، چون به ستاره‌شناسان کمک کرد تا بفهمند که سیارات دیگر نیز ممکن است حلقه داشته باشند و داشتن حلقه ویژگی منحصر به فرد زحل نیست.

اورانوس دو دسته حلقه دارد. بخش حلقه‌های داخلی، که بیشتر از حلقه‌های باریک و تیره تشکیل شده است و بخش حلقه‌های خارجی، از دو حلقه تشکیل شده است که به رنگ روشن هستند. این دو حلقه که یکی آبی و دیگری قرمز است، توسط تلسکوپ فضایی هابل کشف شدند. دانشمندان 13 حلقه شناخته شده در اطراف اورانوس را شناسایی کرده‌اند.

یک مطالعه در سال 2016 میلادی/ 1395 شمسی این ایده را مطرح کرد که حلقه‌های اورانوس، زحل و نپتون ممکن است بقایای سیارات کوتوله‌ی پلوتون مانندی باشند که مدت‌ها پیش نزدیک به این سیارات غول‌پیکر بوده‌اند. این سیارات کوتوله در اثر گرانش زیاد سیارات از هم پاشیده شدند و امروزه به صورت حلقه هستند.

اورانوس قمر هم دارد

شعاع پنج قمر بزرگ اورانوس از 240 تا 800 کیلومتر تغییر می‌کند. همه‌ی آن‌ها توسط تلسکوپ‌های زمینی کشف شدند. حتی 4 تا از آن‌ها قبل از قرن 20 میلادی مشاهده شدند. ده قمر کوچک داخلی اورانوس در ماموریت وویجر در سال 1985-1986 میلادی/ 1364-1365 شمسی کشف شدند. شعاع آن‌ها بین 10 تا 80 کیلومتر تخمین زده شده است. و آن‌ها در مداری به فاصله‌ی 49800 تا 86000 کیلومتر از اورانوس به دور آن می‌چرخند.

درونی‌ترین قمر، کوردلیا، درست درون بیرونی‌ترین حلقه‌ها، لامبدا و اپسیلون می‌چرخد. چهار قمر بزرگ - تیتانیا، اوبرون، آمبریل و آریل به ترتیب کاهش اندازه - دارای چگالی 1.4 تا 1.7 گرم در سانتی متر مکعب هستند. آب در حالت یخ در طیف‌های سطحی پنج قمر بزرگ دیده شده است.

قمرهای اورانوس براساس شخصیت‌های آثار ویلیام شکسپیر و الکساندر پوپ نام‌گذاری شد‌اند.

ماموریت‌های فضایی

در سال 1986 میلادی/ 1365 شمسی، کاوشگر میان‌سیاره‌ای ناسا، وویجر 2 به اورانوس نزدیک شد. این گذر از کنار اورانوس تنها ماموریت فضایی به اورانوس است و قرار نیست ماموریت دیگری به اورانوس انجام شود. کاوشگر وویجر 1 به اورانوس نرسید چون بررسی کردن قمر زحل، تایتان، مهم‌تر بود. وویجر 2 که در سال 1977 میلادی/ 1356 شمسی به فضا پرتاب شد، در 24 ژانویه 1986 میلادی/ 4 بهمن 1364 شمسی، به نزدیک‌ترین فاصله‌ی خود به اورانوس رسید و در فاصله 81500 کیلومتری از ابرهای آن قرار گرفت. قبل از این که سفر خود را به سمت نپتون ادامه دهد.

این فضاپیما ساختار و ترکیبات شیمیایی اتمسفر اورانوس را، از جمله آب و هوای خاصش، مطالعه کرد. اولین تحقیق دقیق از پنج قمر بزرگ اورانوس را انجام داد و 10 قمر جدید را کشف کرد. وویجر 2 همه‌ی نه حلقه‌ی شناخته شده‌ی اورانوس را بررسی کرد و دو حلقه‌ی جدید هم کشف کرد. همچنین میدان مغناطیسی اورانوس، ساختار نامنظم آن و شیب آن را مورد مطالعه قرار داد.

امکان زندگی

محیط اورانوس برای زندگی مساعد نیست. دماها، فشارها و مواد سازنده‌ی این سیاره محیطی بوجود آورده‌اند که موجودات زنده نمی‌توانند با آن سازگار شوند.

حقایق جالب درمورد اورانوس

• اورانوس سردترین سیاره در منظومه‌ی شمسی است.
• اورانوس در حالی که به پهلوی خود است به دور خورشید می‌گردد.
• یک فصل در قطب اورانوس 42 سال طول می‌کشد.
• در اتمسفر اورانوس یخ وجود دارد.
• برخلاف اکثر سیارات منظومه‌ی شمسی، اورانوس در جهت عقربه‌های ساعت می‌چرخد.