Состав атмосферы Урана

Атмосфера Урана, хоть и похожа по химическому составу на окружение других газовых гигантов, имеет особенности. Они касаются структуры атмосферы и процессов, происходящих в каждой из ее частей. Особенным атмосферное окружение Урана делает наличие большого количество льда и нескольких слоев облаков, имеющих разный химический состав.

Историческая справка о появлении атмосферы

Физические свойства атмосферы, обусловливающие внешний вид небесного тела, зависят от свойств и особенностей ядра планеты, история формирования которого играет важную роль.

В процессе формирования небесного тела ядро Урана не смогло собрать и удержать вокруг себя большое количество гелия и водорода. Это связано с тем, что к тому моменту, когда центральная часть планеты стала достаточно массивной, этих элементов в Солнечной системе осталось мало.

Этим специалисты объясняют большое количество метана, воды и ацетилена на условной поверхности планеты (под ней принято подразумевать уровень с атмосферным давлением 1 бар) и в нижних слоях ее атмосферного окружения.

Структура атмосферы планеты

Особенностью строения атмосферы планеты Уран специалисты считают разделение ее на слои. Верхний (наружный) состоит главным образом из газа метана. Благодаря его свойству поглощать некоторые световые волны человеческому глазу планета Уран видна в сине-зеленом цвете. Световые волны, соответствующие оттенкам красного, это вещество поглощает.

По химическому составу окружения Уран почти не отличается от других планет Солнечной системы, называемых газовыми гигантами. Однако структура его атмосферы имеет особенность: она содержит существенно больше льда.

Такой вывод ученые сделали исходя из замеров температуры на поверхности и в нижних слоях атмосферы планеты. Приборы показали -224°С. Это самая холодная атмосфера в Солнечной системе.

Условно атмосферу этой планеты делят на следующие части:

• тропосфера, простирающаяся от -300 до 50 км (где 0 — уровень, давление на котором составляет 1 бар; условная поверхность планеты, соответствующая понятию “уровень моря” на Земле);
• стратосфера, достигающая 4000 км;
• термосфера, называемая также “атмосферной короной”, максимальная высота которой 50000 км; в этом слое давление стремится к нулю;
• граничащая с термосферой часть стратосферы и атмосферная корона образуют ионосферу; ее плотность зависит от активности солнца и превышает аналогичный параметр у других газовых гигантов.

Общая толщина атмосферного окружения Урана — не менее 8000 км.

Химический состав

Метан в верхней части атмосферы Урана представлен в виде ледяных кристаллов и паров, скрывающих бури, происходящие в более низких слоях. Имеются также сведения о наличии в верхних слоях уранианского окружения аммиака.

Этан, который был обнаружен в верхних слоях атмосферы в следовых количествах, по предположениям специалистов, является следствием фотолиза метана в результате воздействия ультрафиолетовой солнечной радиации. Он вместе с другими, более сложными углеводородами образует надоблачную дымку.

Водяные пары, угарный и углекислый газы, обнаруженные при спектроскопии, попадают в атмосферу Урана извне, например с пролетающих мимо небесных тел (комет).

Большую часть внутреннего слоя атмосферы планеты составляет водород (83 процента). 15% составляет гелий, оставшиеся 2% поделены между небольшими количествами ацетилена и метана. В глубине атмосферы также содержится большое количество этого газа, аммиака и воды.

Такой газовый состав был подтвержден данными аппарата Вояджер 2, сумевшего в 1986 г. передать на Землю результаты спектрографии. До этого события водород и метан считались единственными составными частями атмосферного окружения ледяного гиганта.

Уранианские облака

Уранианские облака располагаются в тропосфере — наиболее динамичной части атмосферы планеты — и делятся на 4 слоя, каждый из которых имеет разный состав:

• самый нижний слой располагается на уровне, соответствующем давлению 1,2 бара и состоит из метана;
• облака из аммиака и сероводорода в слое тропосферы, соответствующем давлению 3-10 бар;
• облачный слой, образованный гидросульфидом аммония, образуется при давлении 20-40 бар;
• на уровне, соответствующем давлению 40-50 бар, располагаются водяные облака, состоящие из кристаллов льда; имеются предположения, что подобные структуры могут присутствовать и в более высоких слоях при уровне атмосферного давления от 50 до 100 бар.

Облака располагаются полосами (поясами) и перемещаются с высокой скоростью. Наблюдение за ними затруднено из-за метановой дымки, окутывающей планету. Прямому наблюдению исследователей космоса доступны только две наиболее высоко расположенные группы уранианских облаков.

При помощи их изучения делаются выводы о характеристиках сезонных явлений на планете, скорости ветров, достигающей 250 м/с. Слои на глубине больше 300 км до сих пор остаются недоступными для детального исследования.