URANUS (PLANEET): KENMERKEN, COMPOSITIE, BAAN, BEWEGING - ARTE - 2025

Uranus is de zevende planeet in het zonnestelsel en behoort tot de groep buitenplaneten. Buiten de baan van Saturnus is Uranus onder zeer zeldzame omstandigheden nauwelijks zichtbaar met het blote oog, en je moet weten waar je moet kijken.

Om deze reden was Uranus voor de ouden praktisch onzichtbaar, totdat de astronoom William Herschel het in 1781 ontdekte met een telescoop die hij bouwde. De kleine blauwgroene stip was niet precies wat de astronoom zocht. Wat Herschel wilde, was de stellaire parallax detecteren die werd veroorzaakt door de translatiebeweging van de aarde.

Figuur 1. De planeet Uranus, 14,5 keer zo zwaar als de aarde. Bron: Pixabay.

Om dit te doen, moest hij een verre ster (en een nabije) lokaliseren en observeren hoe ze er vanaf twee verschillende plaatsen uitzagen. Maar op een lenteavond in 1781 zag Herschel een klein plekje dat een beetje helderder leek te gloeien dan de andere.

Kortom, hij en de andere astronomen raakten ervan overtuigd dat het een nieuwe planeet was, en Herschel werd al snel beroemd vanwege het vergroten van de omvang van het bekende universum, waardoor het aantal planeten toenam.

De nieuwe planeet kreeg zijn naam niet meteen, omdat Herschel weigerde een Griekse of Romeinse godheid te gebruiken en deze in plaats daarvan Georgium Sidu of "Ster van George" noemde ter ere van de toenmalige Engelse monarch George III.

Vanzelfsprekend beviel sommigen op het Europese continent deze optie niet, maar de vraag werd opgelost toen de Duitse astronoom Johannes Elert Bode de naam van Uranus, god van de hemel en echtgenoot van Gaea, moeder aarde, voorstelde.

Volgens oude Griekse en Romeinse mythologieën was Uranus de vader van Saturnus (Cronus), die op zijn beurt de vader was van Jupiter (Zeus). De wetenschappelijke gemeenschap accepteerde deze naam uiteindelijk, behalve in Engeland, waar de planeet in ieder geval tot 1850 "George's ster" werd genoemd.

Algemene kenmerken van Uranus

Uranus behoort tot de groep van buitenplaneten van het zonnestelsel en is qua grootte de derde planeet, na Saturnus en Jupiter. Het is, samen met Neptunus, een ijsreus, aangezien zijn samenstelling en veel van zijn kenmerken hem onderscheiden van de andere twee reuzen Jupiter en Saturnus.

Terwijl waterstof en helium de overhand hebben op Jupiter en Saturnus, bevatten ijzige reuzen zoals Uranus zwaardere elementen zoals zuurstof, koolstof, stikstof en zwavel.

Uranus heeft natuurlijk ook waterstof en helium, maar vooral in zijn atmosfeer. En het bevat ook ijs, hoewel ze niet allemaal uit water bestaan: er zijn ammoniak, methaan en andere verbindingen.

Maar in elk geval is de atmosfeer van Uranus een van de koudste van allemaal in het zonnestelsel. Temperaturen daar kunnen oplopen tot -224 ºC.

Hoewel de afbeeldingen een verre en mysterieuze blauwe schijf laten zien, zijn er nog veel meer opvallende kenmerken. Een daarvan is precies de blauwe kleur, die wordt veroorzaakt door methaan in de atmosfeer, dat rood licht absorbeert en blauw weerkaatst.

Uranus lijkt blauw van methaangas in zijn atmosfeer, dat rood licht absorbeert en blauw licht weerkaatst.

Bovendien heeft Uranus:

-Eigen magnetisch veld met een asymmetrische opstelling.

- Talloze manen.

-Een ringsysteem zwakker dan dat van Saturnus.

Maar wat absoluut het meest opvalt, is de retrograde rotatie op een volledig hellende rotatieas, zo erg zelfs dat de polen van Uranus zich bevinden waar de evenaar van de andere is, alsof hij zijwaarts draait.

Figuur 2. Helling van de rotatieas van Uranus. Bron: NASA.

In tegenstelling tot wat Figuur 1 suggereert, is Uranus trouwens geen vreedzame of eentonige planeet. Voyager, de sonde die de beelden heeft verkregen, kwam toevallig langs tijdens een zeldzame periode van mild weer.

De volgende afbeelding toont de inclinatie van de Uranus-as op 98º in een globale vergelijking tussen alle planeten. Op Uranus ontvangen de polen de meeste warmte van de verre zon, in plaats van de evenaar.

Figuur 3. De rotatie-assen van de planeten van het zonnestelsel. Bron: NASA.

Samenvatting van de belangrijkste fysieke kenmerken van de planeet

-Massa: 8,69 x 10 ²⁵ kg.

-Radio: 2.5362 x 10 ⁴ km

-Vorm: afgeplat.

-Gemiddelde afstand tot de zon: 2,87 x 10 ⁹ km

- Helling van de baan : 0,77º ten opzichte van het vlak van de ecliptica.

-Temperatuur: tussen -220 en -205,2 ºC ongeveer.

Zwaartekracht: 8,69 m / s ²

-Eigen magnetisch veld: Ja.

-Sfeer: Ja, waterstof en helium

- Dichtheid: 1290 kg / m ³

-Satellieten: 27 met aanwijzing tot nu toe.

-Ringen: Ja, tot nu toe ongeveer 13 ontdekt.

Vertaalbeweging

Uranus draait, net als de grote planeten, majestueus rond de zon, waarbij het ongeveer 84 jaar duurt om een ​​baan te voltooien.

Figuur 4. Baan van Uranus (in rood) rond de zon. Bron: Wikimedia Commons. Originele simulatie = Todd K. Timberlake auteur van Easy Java Simulation = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

De baan van Uranus is aanzienlijk elliptisch en vertoonde aanvankelijk enige discrepanties met de baan die ervoor werd berekend op basis van de wetten van Newton en Kepler, door de grote wiskundige Pierre de Laplace in 1783.

Enige tijd later, in 1841, suggereerde de Engelse astronoom John Couch Adams zeer terecht dat deze discrepanties te wijten zouden kunnen zijn aan storingen veroorzaakt door een andere nog onzichtbare planeet.

In 1846 verfijnde de Franse wiskundige Urbain Le Verrier de berekeningen van de mogelijke baan van de onbekende planeet en gaf ze aan de Duitse astronoom Johann Gottfried Galle in Berlijn. Neptunus verscheen onmiddellijk voor het eerst in zijn telescoop, op de door de Franse wetenschapper aangegeven plaats.

Figuur 5. Links Sir William Herschel (1738-1822) en rechts Urbain Le Verrier (1811-1877). Bron: Wikimedia Commons.

Wanneer en hoe Uranus te observeren

Uranus is moeilijk te zien met het blote oog omdat het zo ver van de aarde verwijderd is. Hij heeft amper een magnitude van 6 als hij het helderst is en een diameter van 4 boogseconden (Jupiter is ongeveer 47º wanneer hij het best kan worden gezien).

Met een zeer heldere donkere lucht, geen kunstlicht en van tevoren weten waar je moet kijken, kun je het mogelijk met het blote oog zien.

Astronomiefans kunnen het echter lokaliseren met behulp van de hemelkaarten op internet en een instrument, dat zelfs een verrekijker van goede kwaliteit kan zijn. Het ziet er nog steeds uit als een blauwe stip zonder veel details.

Figuur 6. Uranus is te zien als een kleine blauwe stip met behulp van de telescoop en hemelkaarten. Bron: Pexels.

Om de 5 grote manen van Uranus te zien, heb je wel een grote telescoop nodig. De details van de planeet konden worden waargenomen met een telescoop van minimaal 200 mm. Kleinere instrumenten laten alleen een kleine groenachtig blauwe schijf zien, maar het is de moeite waard om het te zien, wetende dat er, zo ver weg, zoveel wonderen verborgen zijn.

De ringen van Uranus

In 1977 passeerde Uranus voor een ster en verborg deze. Gedurende die tijd knipperde de ster een paar keer, voor en na het verbergen. Het flikkeren werd veroorzaakt door het passeren van de ringen en op deze manier ontdekten drie astronomen dat Uranus een systeem van 9 ringen had in het vlak van de evenaar.

Alle buitenplaneten hebben een ringsysteem, hoewel geen enkele de schoonheid van de ringen van Saturnus overtreft, niettemin zijn die van Uranus erg interessant.

De Voyager 2-sonde vond nog meer ringen en maakte uitstekende beelden. In 2005 ontdekte de Hubble-ruimtetelescoop ook nog 2 buitenringen.

De materie die de ringen van Uranus vormt, is donker, mogelijk rotsen met een hoog koolstofgehalte en alleen de buitenste ringen zijn rijk aan stof.

De ringen worden in vorm gehouden dankzij de herder-satellieten van Uranus, waarvan de zwaartekracht hun vorm bepaalt. Ze zijn ook erg dun, dus de satellieten die ze grazen zijn vrij kleine manen.

Het ringsysteem is een nogal kwetsbare en niet erg duurzame structuur, althans vanuit het oogpunt van astronomische tijden.

De deeltjes waaruit de ringen bestaan, botsen continu, de wrijving met de atmosfeer van Uranus verplettert ze en ook de constante zonnestraling verslechtert ze.

Daarom hangt het voortbestaan ​​van de ringen af ​​van nieuw materiaal dat ze bereikt, afkomstig van de fragmentatie van satellieten door inslagen met asteroïden en kometen. Net als bij de ringen van Saturnus, geloven astronomen dat ze recent zijn en dat hun oorsprong juist in deze botsingen ligt.

Figuur 7. Er is een zeer nauwe relatie tussen de ringen van Uranus en de herdersatellieten, dit is gebruikelijk op planeten met ringsystemen. Bron: Wikimedia Commons. Trassiorf / Openbaar domein.

Roterende beweging

Van alle kenmerken van Uranus is dit de meest verbazingwekkende, omdat deze planeet een retrograde rotatie heeft; dat wil zeggen, het draait snel in de tegenovergestelde richting van hoe de andere planeten dat doen (behalve Venus), en het kost iets meer dan 17 uur om één omwenteling te maken. Zulke snelheid staat in contrast met de maat van Uranus terwijl deze zijn baan aflegt.

Bovendien is de rotatieas zo gekanteld dat de planeet plat lijkt te draaien, zoals te zien is in de animatie in figuur 2. Planetaire wetenschappers geloven dat een kolossale inslag de rotatieas van de planeet naar zijn huidige positie heeft verschoven.

Figuur 8. De retrograde rotatie en kanteling van de Uranus-as zijn te wijten aan een kolossale impact die miljoenen jaren geleden plaatsvond. Bron: NASA.

De seizoenen op Uranus

Het is vanwege deze eigenaardige neiging dat de seizoenen op Uranus echt extreem zijn en aanleiding geven tot grote klimatologische variaties.

Tijdens een zonnewende bijvoorbeeld wijst een van de polen rechtstreeks naar de zon, terwijl de andere naar de ruimte wijst. Een reiziger aan de verlichte kant zou zien dat de zon 21 jaar lang niet opkomt of ondergaat, terwijl de tegenoverliggende pool in duisternis is ondergedompeld.

Integendeel, op een equinox staat de zon op de evenaar van de planeet en dan komt hij de hele dag op en onder, wat ongeveer 17 uur duurt.

Dankzij de Voyager 2-sonde is bekend dat het zuidelijk halfrond van Uranus momenteel richting winter gaat, terwijl het noorden richting zomer gaat, wat zal plaatsvinden in 2028.

Figuur 9. Seizoensvariatie op Uranus gezien door een hypothetische reiziger. Bron: Seeds, M. Solar System.

Aangezien Uranus er 84 jaar over doet om in een baan om de zon te draaien en zo ver van de aarde verwijderd is, is het duidelijk dat veel van de klimatologische variaties op de planeet nog onbekend zijn. De meeste beschikbare gegevens zijn afkomstig van de eerder genoemde Voyager-missie uit 1986 en waarnemingen gedaan met de Hubble-ruimtetelescoop.

Samenstelling

Uranus is geen gasreus, maar een ijsreus. In het gedeelte dat aan de kenmerken is gewijd, werd gezien dat de dichtheid van Uranus, hoewel deze lager is dan die van rotsachtige planeten zoals de aarde, groter is dan die van Saturnus, die heel goed op water zou kunnen drijven.

Eigenlijk zijn veel van Jupiter en Saturnus vloeibaar in plaats van gasvormig, maar Uranus en Neptunus bevatten een grote hoeveelheid ijs, niet alleen water, maar ook andere verbindingen.

En aangezien de massa van Uranus kleiner is, worden de drukken die aanleiding geven tot de vorming van vloeibare waterstof, zo kenmerkend voor Jupiter en Saturnus, er niet in geproduceerd. Wanneer waterstof zich in deze toestand bevindt, gedraagt ​​het zich als een metaal, wat de sterke magnetische velden van deze twee planeten veroorzaakt.

Uranus heeft ook zijn eigen magnetische veld, waarvan er een diagram is in figuur 12, hoewel merkwaardig genoeg de veldlijnen niet door het centrum gaan, zoals in het geval van de aarde, maar lijken te ontstaan ​​op een ander punt dat van daaruit is verplaatst.

In de atmosfeer van Uranus zijn er dus moleculaire waterstof en helium, met een klein percentage methaan, dat verantwoordelijk is voor de blauwe kleur, aangezien deze verbinding de golflengten van rood absorbeert.

Het lichaam van de planeet als zodanig bestaat uit ijs, niet alleen uit water, maar ook uit ammoniak en methaan.

Dit is het moment om een ​​belangrijk detail te benadrukken: wanneer planetaire wetenschappers spreken over "ijs", bedoelen ze niet het bevroren water dat we in drankjes stoppen om ze af te koelen.

Het "ijs" van de bevroren reuzenplaneten staat onder grote druk en hoge temperaturen, minstens enkele duizenden graden, dus het heeft niets gemeen met wat in koelkasten wordt bewaard, behalve samenstelling.

Diamanten op Uranus

Is het mogelijk om uit methaan diamanten te maken? Laboratoriumstudies uitgevoerd in Duitsland, in het Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf-laboratorium, geven aan dat dit het geval is, zolang er voldoende druk- en temperatuuromstandigheden zijn.

En die omstandigheden bestaan ​​in Uranus, dus computersimulaties laten zien dat methaan CH ₄ dissocieert om andere verbindingen te vormen.

De koolstof die aanwezig is in methaanmoleculen slaat neer en verandert in niets minder dan diamant. Terwijl ze naar het binnenste van de planeet bewegen, geven de kristallen wrijvingswarmte af en hopen ze zich op in de kern van de planeet (zie de volgende sectie).

Er wordt geschat dat de aldus gevormde diamanten tot 200 kg kunnen wegen, hoewel het onwaarschijnlijk is dat dit zal bevestigen, althans in de nabije toekomst.

Interne structuur

In het onderstaande diagram hebben we de structuur van Uranus en zijn lagen, waarvan de samenstelling kort werd genoemd in de vorige sectie:

- Bovenste atmosfeer.

-De middelste laag is rijk aan moleculaire waterstof en helium, in totaal is de dikte van de atmosfeer ongeveer 7.500 km.

-De op ijs gebaseerde mantel (die we al kennen is niet zoals gewoon ijs op aarde), met een dikte van 10.500 km.

-Een rotsachtige kern gemaakt van ijzer, nikkel en silicaten met een straal van 7.500 km.

Het "rotsachtige" materiaal in de kern is ook niet zoals de rotsen op aarde, omdat in het hart van de planeet de druk en temperatuur te hoog zijn om deze "rotsen" te laten lijken op degene die we kennen, maar in ieder geval de chemische samenstelling het zou niet anders moeten zijn.

Figuur 10. Interne structuur van Uranus. Bron: Wikimedia Commons.

Natuurlijke satellieten van Uranus

Uranus heeft tot dusver 27 aangewezen satellieten, genoemd naar de personages in de werken van William Shakespeare en Alexander Pope, dankzij John Herschel, de zoon van William Herschel, ontdekker van de planeet.

Er zijn 5 hoofdmanen die werden ontdekt door telescoopwaarneming, maar geen enkele heeft een atmosfeer, hoewel bekend is dat ze bevroren water hebben. Ze zijn allemaal vrij klein, omdat hun gecombineerde massa niet de helft bereikt van die van Triton, een van de manen van Neptunus, de tweelingplaneet Uranus.

De grootste hiervan is Titania, met een diameter van 46% die van de maan, gevolgd door Oberon. Beide satellieten werden ontdekt door William Herschel zelf in 1787. Ariel en Umbriel werden halverwege de 19e eeuw ontdekt door William Lassell, een amateurastronoom die ook zijn eigen telescopen bouwde.

Miranda, de vijfde grootste maan van Uranus, met slechts 14% van de maantiameter, werd in de 20e eeuw ontdekt door Gerard Kuiper. Overigens is de Kuipergordel ook vernoemd naar deze opmerkelijke astronoom aan de rand van het zonnestelsel.

Figuur 11. De 5 grote manen van Uranus, de planeet zelf en de kleine maan Puck. Van links naar rechts Uranus in blauw, Puck, Miranda, Ariel, Umbriel, Titania de grootste en Oberon. Bron: Wikimedia Commons.

Het oppervlak van Miranda is extreem ruig vanwege mogelijke invloeden en ongebruikelijke geologische activiteit.

De andere satellieten zijn kleiner en bekend van Voyager 2 en de Hubble Space Telescope. Deze manen zijn erg donker, misschien als gevolg van talloze inslagen dat verdampte materiaal op het oppervlak en daarop concentreerde. Ook vanwege de intense straling waaraan ze worden blootgesteld.

De namen van sommigen van hen en hun actie om het ringsysteem in stand te houden, staan ​​in figuur 7.

De beweging van de satellieten van Uranus wordt beheerst door getijdekrachten, net als het aarde-maan-systeem. Op deze manier zijn de rotatie- en translatieperioden van de satellieten hetzelfde en laten ze altijd hetzelfde gezicht naar de planeet zien.

Magnetisch veld

Uranus heeft een magnetisch veld met ongeveer 75% van de intensiteit van de aarde, volgens de magnetometrie van de Voyager 2. Omdat het binnenste van de planeet niet voldoet aan de noodzakelijke voorwaarden om metallisch waterstof te produceren, geloven wetenschappers dat er een andere geleidende vloeistof is die genereert het veld.

De volgende afbeelding geeft de magnetische velden van de Jupiter-planeten weer. Alle velden lijken in zekere mate op die van een staafmagneet of magnetische dipool in het midden, ook die van de aarde.

Maar de dipool in Uranus bevindt zich niet in het midden, net als die van Neptunus, maar eerder naar de zuidpool verplaatst en opmerkelijk hellend ten opzichte van de rotatieas, in het geval van Uranus.

Figuur 12. Magnetisch veldschema voor de Joviaanse planeten. Het veld van Uranus is verplaatst vanuit het midden en de as maakt een scherpe hoek met de rotatieas. Bron: Seeds, M. The Solar System.

Als Uranus een magnetisch veld produceert, moet er een dynamo-effect zijn dankzij een bewegende vloeistof. Experts geloven dat het een watermassa is met opgelost methaan en ammoniak, vrij diep.

Met de druk en temperatuur in Uranus zou deze vloeistof een goede geleider van elektriciteit zijn. Deze kwaliteit, samen met de snelle rotatie van de planeet en de overdracht van warmte door convectie, zijn factoren die een magnetisch veld kunnen opwekken.

Missies naar Uranus

Uranus is extreem ver van de aarde verwijderd, dus in eerste instantie was de verkenning alleen door de telescoop. Gelukkig kwam de Voyager-sonde dichtbij genoeg om waardevolle informatie te verzamelen over deze tot voor kort onbekende planeet.

Men dacht dat de Cassini-missie, die was gelanceerd om Saturnus te bestuderen, Uranus zou kunnen bereiken, maar toen de brandstof op was, lieten de verantwoordelijken voor de missie het in 2017 in Saturnus verdwijnen.

De sonde bevatte radioactieve elementen die, als hij in Titan, een van de manen van Saturnus, zou zijn neergestort, deze wereld zouden hebben besmet, die misschien een soort primitief leven herbergt.

De Hubble-ruimtetelescoop biedt ook belangrijke informatie en onthulde het bestaan ​​van nieuwe ringen in 2005.

Na de Voyager-missie werden enkele missies voorgesteld die niet konden worden uitgevoerd, aangezien de verkenning van Mars en zelfs die van Jupiter als een prioriteit worden beschouwd voor ruimteagentschappen over de hele wereld.

Voyager

Deze missie bestond uit het lanceren van twee sondes: Voyager 1 en Voyager 2. In principe zouden ze alleen Jupiter en Saturnus bereiken, maar na een bezoek aan deze planeten bleven de sondes op weg naar de ijzige planeten.

Voyager 2 bereikte Uranus in 1986 en veel van de gegevens die we tot nu toe hebben, zijn afkomstig van die sonde.

Op deze manier werd informatie verkregen over de samenstelling van de atmosfeer en de structuur van de lagen, werden extra ringen ontdekt, bestudeerden we de belangrijkste manen van Uranus, ontdekten we nog 10 manen en werd het magnetisch veld van de planeet gemeten.

Hij stuurde ook een groot aantal afbeeldingen van hoge kwaliteit, zowel van de planeet als van de oppervlakken van zijn manen, vol inslagkraters.

De sonde ging vervolgens richting Neptunus en ging uiteindelijk de interstellaire ruimte binnen.

Referenties

1. N + 1. 200 kilogram diamanten regenen neer op Uranus en Neptunus. Hersteld van: nmas1.org.
2. Powell, M. The Naked Eye Planets in the Night Sky (en hoe ze te identificeren). Hersteld van: nakedeyeplanets.com.
3. Seeds, M. 2011. Het zonnestelsel. Zevende editie. Cengage leren.
4. Wikipedia. Planetaire ring. Hersteld van: es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Anneaux d'Uranus. Hersteld van: fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. Verkenning van Uranus. Hersteld van: en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. Uranus (planeet). Hersteld van: es.wikipedia.org.