IL PIANETA URANO

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Urano, che prende il nome dal dio greco del cielo, è un gigante gassoso e il settimo pianeta dal nostro Sole. È anche il terzo pianeta più grande del nostro Sistema Solare, in classifica dietro Giove e Saturno. Come i suoi compagni giganti gassosi, ha molte lune, un sistema ad anello ed è principalmente composto da gas che si ritiene circondino un nucleo solido.

Sebbene possa essere visto ad occhio nudo, la realizzazione che Urano è un pianeta è stata relativamente recente. Sebbene ci siano indicazioni che sia stato individuato più volte nel corso degli ultimi duemila anni, non è stato fino al 18 ° secolo che è stato riconosciuto per quello che era. Da quel momento, la piena estensione delle lune del pianeta, il sistema degli anelli e la natura misteriosa sono diventati noti.

Scoperta e denominazione:

Come i cinque pianeti classici - Mercurio, Venere, Marte, Giove e Saturno - Urano può essere visto senza l'aiuto di un telescopio. Ma a causa della sua penombra e dell'orbita lenta, gli antichi astronomi credevano che fosse una stella. La prima osservazione conosciuta fu eseguita da Ipparco, che la registrò come una stella nel suo catalogo stellare nel 128 a.C. - osservazioni che furono successivamente incluse in Tolomeo Almagesto.

Il primo avvistamento definito di Urano ebbe luogo nel 1690 quando l'astronomo inglese John Flamsteed - il primo Astronomo Reale - lo individuò almeno sei volte e lo catalogò come una stella (34 Tauri). Anche l'astronomo francese Pierre Lemonnier lo osservò almeno dodici volte tra il 1750 e il 1769.

Tuttavia, fu l'osservazione di Sir William Herschel su Urano il 13 marzo 1781, che iniziò il processo di identificazione come pianeta. A quel tempo, lo segnalò come un avvistamento di una cometa, ma poi si dedicò a una serie di osservazioni usando un telescopio di suo disegno per misurare la sua posizione rispetto alle stelle. Quando lo riferì alla Royal Society, affermò che era una cometa, ma implicitamente lo paragonò a un pianeta.

Successivamente, diversi astronomi iniziarono a esplorare la possibilità che la "cometa" di Herschel fosse in realtà un pianeta. Tra questi l'astronomo russo Anders Johan Lexell, che fu il primo a calcolare la sua orbita quasi circolare, il che lo portò a concludere che dopo tutto era un pianeta. L'astronomo di Berlino Johann Elert Bode, un membro della "United Astronomical Society", concordò con questo dopo aver fatto osservazioni simili sulla sua orbita.

Presto, lo status di Urano come pianeta divenne un consenso scientifico e, nel 1783, lo stesso Herschel lo riconobbe alla Royal Society. In riconoscimento della sua scoperta, il re Giorgio III d'Inghilterra diede a Herschel uno stipendio annuale di £ 200 a condizione che si trasferisse a Windsor in modo che la famiglia reale potesse guardare attraverso i suoi telescopi.

In onore del suo nuovo mecenate, William Herschel decise di nominare il suo discoRy Georgium Sidus ("George’s Star" o "Georges Planet"). Al di fuori della Gran Bretagna, questo nome non era popolare e presto furono proposte alternative. Tra questi l'astronomo francese Jerome Lalande che proponeva di chiamarlo Hershel in onore della sua scoperta, e l'astronomo svedese Erik Prosperin che propone il nome Nettuno.

Johann Elert Bode propose il nome Urano, la versione latinizzata del dio greco del cielo, Ouranos. Questo nome sembrava appropriato, dato che Saturno prende il nome dal mitico padre di Giove, quindi questo nuovo pianeta dovrebbe essere intitolato al mitico padre di Saturno. Alla fine, il suggerimento di Bode divenne il più usato e divenne universale entro il 1850.

Dimensione, massa e orbita di Urano:

Con un raggio medio di circa 25.360 km, un volume di 6.833 × 10¹³ km³e una massa di 8,68 × 10²⁵ kg, Urano è circa 4 volte più grande della Terra e 63 volte il suo volume. Tuttavia, come un gigante gassoso, la sua densità (1,27 g / cm³) è significativamente più basso; quindi, è solo 14,5 massiccio come la Terra. La sua bassa densità significa anche che mentre è il terzo più grande dei giganti gassosi, è il meno massiccio (cadendo dietro Nettuno da 2,6 masse terrestri).

La variazione della distanza di Urano dal Sole è anche maggiore di quella di qualsiasi altro pianeta (esclusi i pianeti nani o i plutoidi). In sostanza, la distanza del gigante gassoso dal Sole varia da 18,28 UA (2.735.118.100 km) al perielio a 20,09 UA (3.006.224.700 km) ad afelio. A una distanza media di 3 miliardi di km dal Sole, Urano impiega circa 84 anni (o 30.687 giorni) per completare una singola orbita del Sole.

Il periodo di rotazione dell'interno di Urano è di 17 ore e 14 minuti. Come con tutti i pianeti giganti, la sua atmosfera superiore sperimenta forti venti nella direzione di rotazione. Ad alcune latitudini, come circa 60 gradi a sud, le caratteristiche visibili dell'atmosfera si muovono molto più velocemente, facendo una rotazione completa in appena 14 ore.

Una caratteristica unica di Urano è che ruota su un lato. Mentre tutti i pianeti del Sistema Solare sono inclinati in qualche modo sui loro assi, Urano ha l'inclinazione assiale più estrema di 98 °. Questo porta alle stagioni radicali che il pianeta sperimenta, per non parlare di un insolito ciclo giorno-notte ai poli. All'equatore, Urano vive giorni e notti normali; ma ai poli, ognuno sperimenta 42 anni terrestri di giorno seguiti da 42 anni di notte.

Composizione di Urano:

Il modello standard della struttura di Urano è che è composto da tre strati: un nucleo roccioso (silicato / ferro-nichel) al centro, un mantello ghiacciato al centro e un involucro esterno di idrogeno gassoso ed elio. Proprio come Giove e Saturno, l'idrogeno e l'elio rappresentano la maggior parte dell'atmosfera - circa l'83% e il 15% - ma solo una piccola parte della massa complessiva del pianeta (da 0,5 a 1,5 masse terrestri).

Il terzo elemento più abbondante è il ghiaccio metano (CH⁴), che rappresenta il 2,3% della sua composizione e che rappresenta la colorazione acquamarina o ciano del pianeta. Tracce di vari idrocarburi si trovano anche nella stratosfera di Urano, che si pensa sia prodotta dal metano e dalla fotolisi ultraviolenta indotta dalle radiazioni. Includono etano (C₂H₆), acetilene (C₂H₂), metilacetilene (CH₃C₂H) e diacetilene (C₂HC₂H).

Inoltre, la spettroscopia ha scoperto monossido di carbonio e anidride carbonica nell'atmosfera superiore di Urano, così come la presenza di nuvole ghiacciate di vapore acqueo e altri volatili, come ammoniaca e idrogeno solforato. Per questo motivo, Urano e Nettuno sono considerati una classe distinta di pianeta gigante - noto come "Giganti di ghiaccio" - poiché sono composti principalmente da sostanze volatili più pesanti.

Il manto di ghiaccio non è infatti composto da ghiaccio nel senso convenzionale, ma da un fluido caldo e denso costituito da acqua, ammoniaca e altri volatili. Questo fluido, che ha un'alta conduttività elettrica, viene talvolta chiamato oceano acqua-ammoniaca.

Il nucleo di Urano è relativamente piccolo, con una massa di solo 0,55 masse terrestri e un raggio che è inferiore al 20% delle dimensioni complessive del pianeta. Il mantello comprende la sua mole, con circa 13,4 masse terrestri, e l'atmosfera superiore è relativamente inconsistente, che pesa circa 0,5 masse terrestri e si estende per l'ultimo 20% del raggio di Urano.

La densità del nucleo di Urano è stimata in 9 g / cm³, con una pressione al centro di 8 milioni di bar (800 GPa) e una temperatura di circa 5000 K (che è paragonabile alla superficie del Sole).

Atmosfera di Urano:

Come per la Terra, l'atmosfera di Urano è suddivisa in strati, a seconda della temperatura e della pressione. Come gli altri giganti gassosi, il pianeta non ha una superficie stabile e gli scienziati definiscono la superficie come la regione in cui la pressione atmosferica supera una barra (la pressione trovata sulla Terra a livello del mare). Qualsiasi cosa accessibile alle funzionalità di telerilevamento - che si estende fino a circa 300 km al di sotto del livello di 1 bar - è considerata anche l'atmosfera.

Usando questi punti di riferimento, l'atmosfera di Urano può essere divisa in tre strati. La prima è la troposfera, tra un'altitudine di -300 km sotto la superficie e 50 km sopra di essa, dove le pressioni variano da 100 a 0,1 bar (da 10 MPa a 10 kPa). Il secondo strato è la stratosfera, che raggiunge tra 50 e 4000 km e subisce pressioni tra 0,1 e 10^-10 bar (da 10 kPa a 10 µPa).

La troposfera è lo strato più denso nell'atmosfera di Urano. Qui, la temperatura varia da 320 K (46,85 ° C / 116 ° F) alla base (-300 km) a 53 K (-220 ° C / -364 ° F) a 50 km, con la regione superiore la più fredda nel sistema solare. La regione della tropopausa è responsabile della stragrande maggioranza delle emissioni di infrarossi termici di Urano, determinando così la sua temperatura effettiva di 59,1 ± 0,3 K.

All'interno della troposfera ci sono strati di nuvole - nuvole d'acqua alle pressioni più basse, con sopra nuvole di idrosolfuro di ammonio. Le nuvole di ammoniaca e idrogeno solforato vengono dopo. Alla fine, sottili nuvole di metano giacevano sulla cima.

Nella stratosfera, le temperature variano da 53 K (-220 ° C / -364 ° F) al livello superiore tra 800 e 850 K (527 - 577 ° C / 980 - 1070 ° F) alla base della termosfera, grazie in gran parte al riscaldamento causato dalle radiazioni solari. La stratosfera contiene smog etano, che può contribuire all'aspetto noioso del pianeta. Sono presenti anche acetilene e metano e questi pericoli aiutano a riscaldare la stratosfera.

Lo strato più esterno, la termosfera e la corona, si estendono da 4.000 km a un'altezza di 50.000 km dalla superficie. Questa regione ha una temperatura uniforme di 800-850 (577 ° C / 1.070 ° F), anche se gli scienziati non sono sicuri del motivo. Poiché la distanza di Urano dal Sole è così grande, la quantità di calore che ne deriva è insufficiente per generare temperature così elevate.

Come Giove e Saturno, il tempo di Urano segue uno schema simile in cui i sistemi sono suddivisi in bande che ruotano intorno al pianeta, che sono guidati dal calore interno che sale nell'atmosfera superiore. Di conseguenza, i venti su Urano possono raggiungere i 900 km / h (560 mph), creando tempeste enormi come quella individuata dal telescopio spaziale Hubble nel 2012. Simile al Grande punto rosso di Giove, questo "punto oscuro" era un gigante vortice di nuvole che misurava 1.700 chilometri per 3.000 chilometri (1.100 miglia per 1.900 miglia).

Lune di Urano:

Urano ha 27 satelliti noti, che sono divisi nelle categorie di lune più grandi, lune interne e lune irregolari (simili ad altri giganti gassosi). Le lune più grandi di Urano sono, in ordine di grandezza, Miranda, Ariel, Umbriel, Oberon e Titania. Queste lune variano in diametro e massa da 472 km e 6,7 × 10¹⁹ kg per Miranda a 1578 km e 3,5 × 10²¹ kg per Titania. Ognuna di queste lune è particolarmente scura, con basso legame e albedos geometrici. Ariel è il più luminoso mentre Umbriel è il più scuro.

Si ritiene che tutte le grandi lune di Urano si siano formate nel disco di accrescimento, che esisteva intorno a Urano per qualche tempo dopo la sua formazione, o derivava dal grande impatto subito da Urano all'inizio della sua storia. Ognuno è composto da quantità approssimativamente uguali di roccia e ghiaccio, ad eccezione di Miranda che è composta principalmente da ghiaccio.

Il componente di ghiaccio può includere ammoniaca e anidride carbonica, mentre si ritiene che il materiale roccioso sia composto da materiale carbonioso, compresi i composti organici (simili agli asteroidi e alle comete). Si ritiene che le loro composizioni siano differenziate, con un mantello ghiacciato che circonda un nucleo roccioso.

Nel caso di Titania e Oberon, si ritiene che al confine nucleo / mantello possano esistere oceani di acqua liquida. Anche le loro superfici sono fortemente craterizzate; ma in ogni caso, il resurfacing endogeno ha portato a un certo rinnovamento delle loro caratteristiche. Ariel sembra avere la superficie più giovane con il minor numero di crateri da impatto, mentre Umbriel sembra essere il più antico e il più craterizzato.

Le principali lune di Urano non hanno atmosfera riconoscibile. Inoltre, a causa della loro orbita attorno a Urano, sperimentano cicli stagionali estremi. Poiché Urano orbita attorno al Sole quasi dalla sua parte e le grandi lune orbitano attorno al piano equatoriale di Urano, gli emisferi nord e sud sperimentano periodi prolungati diurni e notturni (42 anni alla volta).

A partire dal 2008, Urano è noto per possedere 13 lune interne le cui orbite si trovano all'interno di quella di Miranda. Sono, in ordine di distanza dal pianeta: Cordelia, Ofelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Giulietta, Portia, Rosalind, Cupido, Belinda, Perdita, Puck e Mab. Coerentemente con la denominazione delle lune più grandi di Urano, tutti prendono il nome da personaggi delle opere shakespeariane.

Tutte le lune interne sono intimamente connesse al sistema ad anello di Urano, che probabilmente derivava dalla frammentazione di una o più piccole lune interne. Puck, a 162 km, è la più grande delle lune interne di Urano - e l'unica fotografata da Voyager 2 in ogni dettaglio - mentre Puck e Mab sono i due satelliti interni più esterni di Urano.

Tutte le lune interne sono oggetti oscuri. Sono fatti di ghiaccio d'acqua contaminato da un materiale scuro, che è probabilmente materiali organici elaborati dalle radiazioni di Urano. Il sistema è anche caotico e apparentemente instabile. Le simulazioni al computer stimano che potrebbero verificarsi collisioni, in particolare tra Desdemona e Cressida o Giulietta entro i prossimi 100 milioni di anni.

A partire dal 2005, Urano è anche noto per avere nove lune irregolari, che lo orbitano a una distanza molto maggiore di quella di Oberon. Tutte le lune irregolari sono probabilmente oggetti catturati che sono stati intrappolati da Urano subito dopo la sua formazione. Sono, in ordine di distanza da Urano: Francisco, Caliban, Stephano, Trincutio, Sicorace, Margherita, Prospero, Setebo e Ferdinardo (ancora una volta, chiamato per i personaggi nelle opere shakespeariane).

Le lune irregolari di Urano variano in dimensioni da circa 150 km (Sycorax) a 18 km (Trinculo). Ad eccezione di Margaret, tutti ruotano attorno a Urano in orbite retrograde (nel senso che orbitano attorno al pianeta nella direzione opposta del suo giro).

Sistema ad anello di Urano:

Come Saturno e Giove, Urano ha un sistema ad anello. Tuttavia, questi anelli sono composti da particelle estremamente scure di dimensioni variabili da micrometri a una frazione di metro - quindi perché non sono così riconoscibili come quelli di Saturno. Attualmente sono noti tredici anelli distinti, il più luminoso dei quali è l'anello epsilon. E ad eccezione di due molto stretti, questi anelli di solito misurano alcuni chilometri di larghezza.

Gli anelli sono probabilmente piuttosto giovani e non si ritiene che si siano formati con Urano. La materia negli anelli una volta potrebbe essere stata parte di una luna (o lune) che è stata frantumata da impatti ad alta velocità. Da numerosi pezzi di detriti che si sono formati a seguito di quegli impatti, sono sopravvissute solo poche particelle, in zone stabili corrispondenti alle posizioni degli anelli attuali.

Le prime osservazioni note sul sistema ad anello avvennero il 10 marzo 1977 da James L. Elliot, Edward W. Dunham e Jessica Mink usando l'Osservatorio aereo di Kuiper. Durante un'occultazione della stella SAO 158687 (nota anche come HD 128598), hanno individuato cinque anelli esistenti all'interno di un sistema attorno al pianeta, e ne hanno osservati altri quattro in seguito.

Gli anelli sono stati ripresi direttamente quando Voyager 2 ha superato Urano nel 1986 e la sonda è stata in grado di rilevare due ulteriori anelli deboli - portando il numero di anelli osservati a 11. Nel dicembre 2005, il telescopio spaziale Hubble ha rilevato una coppia di anelli precedentemente sconosciuti, portando il totale a 13. Il più grande si trova due volte più lontano da Urano rispetto agli anelli precedentemente noti, quindi perché sono chiamati il sistema di anelli "esterno".

Nell'aprile del 2006, le immagini dei nuovi anelli dell'Osservatorio di Keck hanno prodotto i colori degli anelli esterni: il più esterno è blu e l'altro rosso. Al contrario, gli anelli interni di Urano appaiono grigi. Un'ipotesi riguardante il colore blu dell'anello esterno è che è composta da minuscole particelle di ghiaccio d'acqua dalla superficie di Mab che sono abbastanza piccole da diffondere la luce blu.

Esplorazione:

Urano è stato visitato una sola volta da qualsiasi veicolo spaziale: la NASA Voyager 2 sonda spaziale, che ha sorvolato il pianeta nel 1986. Il 24 gennaio 1986, Voyager 2 passò entro 81.500 km dalla superficie del pianeta, restituendo l'unica foto ravvicinata mai presa di Urano. Voyager 2 poi continuò a fare un incontro ravvicinato con Nettuno nel 1989.

La possibilità di inviare il Cassini la navicella spaziale da Saturno a Urano è stata valutata durante una fase di pianificazione dell'estensione della missione nel 2009. Tuttavia, ciò non è mai stato realizzato, poiché ci sarebbero voluti circa venti anni Cassini per raggiungere il sistema uraniano dopo aver lasciato Saturno.

In termini di missioni future, sono state avanzate più proposte. Ad esempio, un sondaggio e un'orbita di Urano sono stati raccomandati dall'indagine decadale di scienza planetaria 2013-2022 pubblicata nel 2011. Questa proposta prevedeva un lancio tra il 2020-2023 e una crociera di 13 anni verso Urano. Un nuovo Orbiter di Urano Frontiere è stato valutato ed è stato raccomandato nello studio, Il caso di un orbita di Urano. Tuttavia, questa missione è considerata di priorità inferiore rispetto alle future missioni su Marte e sul Sistema gioviano.

Gli scienziati del Mullard Space Science Laboratory nel Regno Unito hanno proposto una missione congiunta NASA-ESA a Urano conosciuta come Uranus Pathfinder. Questa missione comporterebbe il lancio di una missione di classe media entro il 2022 e le stime prevedono un costo di 470 milioni di euro (~ 525 milioni di dollari).

Un'altra missione per Urano, chiamata Ricognizione orbitale di Herschel del sistema uraniano (HORUS), è stato progettato dall'Applied Physics Laboratory della Johns Hopkins University. La proposta è per un orbiter a propulsione nucleare che trasporta una serie di strumenti, tra cui una videocamera per immagini, spettrometri e un magnetometro. La missione sarebbe partita nell'aprile 2021 e sarebbe arrivata a Urano 17 anni dopo.

Nel 2009, un team di scienziati planetari del Jet Propulsion Laboratory della NASA ha avanzato possibili progetti per un orbiter Uranus a energia solare. La finestra di lancio più favorevole per tale sonda sarebbe nell'agosto 2018, con l'arrivo a Urano nel settembre 2030. Il pacchetto scientifico potrebbe includere magnetometri, rilevatori di particelle e, possibilmente, una videocamera per immagini.

Basti dire che Urano è un obiettivo difficile quando si tratta di esplorazione, e la sua distanza ha reso il processo di osservarlo riconoscendolo per ciò che era problematico in passato. E in futuro, con la maggior parte della nostra missione focalizzata sull'esplorazione di Marte, Europa e Asteroidi vicino alla Terra, la prospettiva di una missione in questa regione del Sistema Solare non sembra molto probabile.

Ma l'ambiente di bilancio cambia, così come le priorità scientifiche. E con l'interesse per la Cintura di Kuiper che esplode grazie alla scoperta di molti oggetti transnettuniani negli ultimi anni, è del tutto possibile che gli scienziati chiederanno che venga montata una missione nel sistema solare esterno. Se e quando si verifica, potrebbe essere possibile far oscillare la sonda da Urano, raccogliendo informazioni e immagini per aiutarci a comprendere meglio questo "Gigante di ghiaccio".

Abbiamo molti articoli interessanti su Urano qui su Space Magazine. Ci auguriamo che tu possa trovare quello che stai cercando nell'elenco seguente: