Uranus — översikt, struktur, rotation, månar och utforskning

Upptäckt

Uranus har observerats många gånger i ett teleskop och även med blotta ögat, men misstogs för att vara en stjärna på grund av sin långsamma bana. Sir William Herschel observerade Uranus den 13 mars 1781 från trädgården till sitt hus på 19 New King Street i Bath, Somerset, England (nu Herschel Museum of Astronomy), och rapporterade den först (den 26 april 1781) som en komet. Med ett hemmagjort 6,2-tums reflekterande teleskop "gjorde Herschel en rad observationer om parallaxen hos fixstjärnorna".

Herschel skrev i sin dagbok: "I kvartilen nära ζ Tauri ... antingen [en] nebulös stjärna eller kanske en komet." Den 17 mars antecknade han: "Herschel, det är en källa: "Jag letade efter kometen eller den nebulösa stjärnan och fann att det är en komet, för den har bytt plats". När han presenterade sin upptäckt för Royal Society fortsatte han att hävda att han hade hittat en komet, men jämförde den också underförstått med en planet:

Den ström som jag hade på mig när jag först såg kometen var 227. Av erfarenhet vet jag att de fasta stjärnornas diametrar inte förstoras proportionellt med högre effekt, vilket planeterna gör; därför satte jag nu effekten till 460 och 932, och fann att kometens diameter ökade i proportion till effekten, vilket den borde göra, eftersom den inte är en fixstjärna, medan diametrarna hos de stjärnor som jag jämförde den med inte ökade i samma förhållande. Dessutom var kometen förstorad mycket mer än vad dess ljus skulle tillåta, och den verkade dimmig och odefinierad med dessa stora krafter, medan stjärnorna behöll den lyster och tydlighet som jag efter många tusen observationer visste att de skulle behålla. Fortsättningen har visat att mina antaganden var välgrundade, eftersom detta visade sig vara den komet som vi nyligen har observerat.

Herschel meddelade den kungliga astronomen Nevil Maskelyne om sin upptäckt och fick detta svar från honom den 23 april 1781: "Jag vet inte vad jag ska kalla det. Det är lika troligt att den är en vanlig planet som rör sig i en nästan cirkulär bana runt solen som en komet som rör sig i en mycket excentrisk ellips. Jag har ännu inte sett någon koma eller svans på den."

Även om Herschel fortsatte att beskriva sitt nya objekt som en komet hade andra astronomer redan börjat tänka annorlunda. Den finlandssvenska astronomen Anders Johan Lexell, som arbetade i Ryssland, var den förste som beräknade det nya objektets bana. Dess nästan cirkulära bana ledde honom till slutsatsen att det var en planet snarare än en komet. Berlins astronom Johann Elert Bode beskrev Herschels upptäckt som "en rörlig stjärna som kan anses vara ett hittills okänt planetliknande objekt som cirkulerar utanför Saturnus bana". Bode drog slutsatsen att dess nästan cirkelformade bana mer liknade en planets än en komets bana.

Objektet blev snart allmänt accepterat som en ny planet. År 1783 bekräftade Herschel detta för Royal Society-ordföranden Joseph Banks: "De mest framstående astronomerna i Europa har observerat att den nya stjärnan, som jag hade äran att peka ut för dem i mars 1781, är en primär planet i vårt solsystem." Som ett erkännande av hans prestation gav kung George III Herschel ett årligt stipendium på 200 pund på villkor att han flyttade till Windsor så att kungafamiljen kunde titta i hans teleskop (motsvarande 24 000 pund 2019).

Uranus har 27 kända månar. De är uppkallade efter karaktärer från Shakespeare och Alexander Pope. De fem största månarna är Miranda, Ariel, Umbriel, Titania och Oberon. Många månar har ännu inte upptäckts.

1986 besökte NASA:s Voyager 2 Uranus. Detta är den enda rymdsonden som försökte undersöka planeten från ett kort avstånd. Rymdsonden studerade planetens atmosfär.

Uranus är täckt av blå moln. De översta molnen, som består av metan, är svåra att se. De lägre molnen tros bestå av fruset vatten. Det finns också våldsamma stormar. Vindhastigheten kan nå 250 meter per sekund (900 km/h; 560 mph). Forskare studerar molnen för att försöka förstå stormarna på planeten.

Planeten Uranus har ett system med 13 ringar, vilket är betydligt färre än Saturnus ringar men fler än ringarna runt Jupiter och Neptunus. Uranus ringar upptäcktes 1977. För mer än 200 år sedan rapporterade även William Herschel att han observerade ringar, men moderna astronomer tror inte att han såg dem eftersom de är mycket mörka och svaga. Ytterligare två ringar upptäcktes 1986 på bilder tagna av Voyager 2, och två yttre ringar upptäcktes 2003-2005 av rymdteleskopet Hubble. Ringarna består troligen huvudsakligen av fruset vatten.

Uranus ringar tros vara relativt unga, inte äldre än 600 miljoner år. Det uraniska ringsystemet uppstod troligen genom kollisionsfragmentering av månar som en gång funnits runt planeten. Efter kollisionen splittrades månarna troligen i många partiklar, som överlevde som smala, optiskt täta ringar endast i zoner med maximal stabilitet.

Allmänna egenskaper

Uranus' ringsystem har tretton olika ringar. De är i ordning efter ökande avstånd från planeten: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ε, ν, μ ringar. De kan delas in i tre grupper: nio smala huvudringar (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), två dammiga ringar (1986U2R/ζ, λ) och två yttre ringar (μ, ν). Uranus ringar består huvudsakligen av makroskopiska partiklar och lite damm, även om man vet att damm finns i 1986U2R/ζ, η, δ, λ, ν och μ ringarna.

Förutom dessa välkända ringar kan det finnas många optiskt tunna stoftband och svaga ringar mellan dem. Dessa svaga ringar och stoftband kan vara tillfälliga. En del av dem blev synliga under en serie händelser där ringplanet korsades 2007. Ett antal stoftband mellan ringarna observerades i framåtspridande geometri av Voyager 2. Alla Uranus ringar uppvisar azimutala variationer i ljusstyrka.

Ringarna är gjorda av ett extremt mörkt material. Ringarna är svagt röda i de ultravioletta och synliga delarna av spektrumet och grå i det nära infraröda. De uppvisar inga identifierbara spektrala egenskaper. Ringpartiklarnas kemiska sammansättning är inte känd. De kan dock inte vara gjorda av ren vattenis som Saturnus ringar eftersom de är för mörka, mörkare än Uranus inre månar. Detta visar att de troligen är en blandning av is och ett mörkt material. Karaktären av detta material är oklar, men det kan vara organiska föreningar som mörknat avsevärt av den laddade partikelstrålningen från den uranska magnetosfären. Ringarnas partiklar kan bestå av ett kraftigt bearbetat material som ursprungligen liknade de inre månarnas material.

Som helhet är Uranus ringsystem inte likt Jupiters svaga dammiga ringar eller Saturnus breda och komplexa ringar, av vilka en del består av mycket ljust material - vattenis. Det finns dock likheter med vissa delar av det sistnämnda ringsystemet; Saturnus F-ring och ε-ring är båda smala, relativt mörka och leds av ett par månar. Uranus nyligen upptäckta yttre ringar liknar Saturnus yttre G- och E-ringar. Smala ringar som finns i de breda Saturnusringarna liknar också Uranus smala ringar. Dessutom kan stoftband som observerats mellan Uranus huvudringar likna Jupiters ringar. Däremot är det neptuniska ringsystemet ganska likt Uranus', även om det är mindre komplext, mörkare och innehåller mer damm. De neptuniska ringarna är också placerade längre bort från planeten.

Uranus kretsar runt solen vart 84:e jordår. Dess genomsnittliga avstånd från solen är ungefär 3 miljarder km (ca 20 AU). Solens intensitet på Uranus är ungefär 1/400 av den på jorden. Dess banelement beräknades först 1783 av Pierre-Simon Laplace. Med tiden började det uppstå skillnader mellan de beräknade och observerade banorna, och 1841 föreslog John Couch Adams för första gången att skillnaderna kunde bero på en osynlig planets gravitationsdragning. År 1845 inledde Urbain Le Verrier sin egen oberoende forskning om Uranus bana. Den 23 september 1846 fann Johann Gottfried Galle en ny planet, senare kallad Neptunus, på nästan samma position som Le Verrier förutspådde.

Rotationsperioden för Uranus inre är 17 timmar och 14 minuter, medurs (retrograd). Som på alla jätteplaneter upplever dess övre atmosfär mycket starka vindar i rotationsriktningen. På vissa latituder, t.ex. ungefär två tredjedelar av vägen från ekvatorn till sydpolen, rör sig synliga delar av atmosfären mycket snabbare och gör en hel rotation på så lite som 14 timmar.

• Förteckning över planeter