Ուրանի մթնոլորտ

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից
Ուրան, Վոյաջեր-2–ի կողմից արած լուսանկար

Ուրանի մթնոլորտ, ինչպես Յուպիտերի և Սատուրնի մթնոլորտները, Ուրանի մթնոլորտը նույնպես կազմված է հիմնականում ջրածնից և հելիումից[1]։ Մեծ խորություններում այն պարունակում է զգալի քանակությամբ ջուր, ամոնիակ և մեթան, որը Ուրանի և Նեպտունի մթնոլորտի տարբերակիչ առանձնահատկությունն է։ Հակառակ պատկերն է դիտվում մթնոլորտի վերին շերտերում, որտեղ քիչ են ջրածնից և հելիումից ավելի ծանր նյութերը։

Ուրանի մթնոլորտը Արեգակնային համակարգի մոլորակներից ամենասառն է և ունի ամենաքիչը 49 Կ ջերմաստիճան։

Կառուցվածք[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ուրանի մթնոլորտը կազմված է երեք հիմնական շերտերից․

  • Ներքնոլորտ․ զբաղեցնում է −300–ից մինչև 50 կմ միջակայք (0–ի համար սահմանված է պայմանական սահման, որտեղ ճնշումը 1 բար է) և ճնշման՝ 100–ից մինչև 0,1 բար,
  • Ստրատոսֆերա․ իր մեջ ընդգրկում է 50–ից մինչև 4000 կմ բարձրություններ և 0,1 և 10−10 բար ճնշում,
  • Էկզոսֆերա․ տարածվում է 4000 կմ բարձրությունից մինչև մոլորակի մի քանի շառավիղներ, ճնշումը այս շերտում ձգտում է զրոյի։

Ուշագրավ է, որ ի տարբերություն Երկրի մթնոլորտի Ուրանի մթնոլորտը չունի միջնոլորտ։

Ամպեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ներքնոլորտը կազմված է չորս ամպային շերտեր․

  • սահմանին մեթանի ամպեր, որոնք համապատասխանում են մոտավորապես 1,2 բար․
  • ծծմբաջրածնային և ամոնիակային ամպեր 3–10 բար ճնշման։ Այս հատվածում ջերմաստիճանը հասնում է մոտ 100 Կ (-173 Ց)[2],
  • ամոնիակի հիդրոսուլֆատի ամպեր 20–40 բար,
  • սառույցի բյուրեղային ջրային ամպեր 50 բար պայմանական ճնշման սահմանից ցածր։

Միայն վերին երկու ամպային շերտերն են, որ ուղղակիորեն դիտելի են, մինչդեռ հիմքի ամպային շերտերի գոյությունը կանխատեսվում է միայն տեսականորեն։ Վառ ներքնոլորտային ամպերը հազվադեպ են հանդիպում Ուրանի վրա, որը հավանաբար կապված է մոլորակի խորքային հատվածներում կոնվեկցիայի ցածր ակտիվությամբ։ Այնուամենայնիվ նման ամպերի դիտարկումները օգտագործվել են մոլորակի վրա տեղական քամիների արագությունը չափելու համար, որը հասնում է մինչև 250 մ/վ[3]։

Ներկայումս Ուրանի մթնոլորտի մասին կան ավելի քիչ տեղեկություններ քան Սատուրնի և Նեպտունի մթնոլորտների մասին։ 2013 թվականի մայիսի դրությամբ միայն մեկ տիեզերական նավ է, որ մոտ հեռավորությունից ուսումնասիրել է Ուրանը, և այն եղել է Վոյաջեր–2–ը։ Ուրանի հետ կապված այլ առաքելություններ ներկայումս դեռևս նախատեսված չեն։

Ուսումնասիրություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Թեև Ուրանը որպես այդիսին չունի ամուր մակերես, նրա գազային թաղանթի այն մասը, որը կենտրոնից ամենից հեռուն է ու հասանելի է օպտիկական աստղադիտակներին, կոչում են մթնոլորտ[4]։ Հեռավորության վրա զննելու համար գազային կեղևի շերտերը հասանելի են 1 բար ճնշմանը համապատասխանող մակարդակից 300 կիլոմետր խորության վրա։ Նման խորություններում ջերմությունը 320 Կ է, որը գրեթե 100 բար է[5]։

Ուրանի մթնոլորտի ուսումնասիրության պատմությունը լի է սխալներով և հիասթափություններով։ Ուրանը համեմատաբար թույլ մարմին է և նրա տեասնելի անկյունային տրամագիծը երբեք չի գերազանցում 4 դյույմը։ Ուրանի մթնոլորտի առաջին սպեկտրները ստացվել են 1869 և 1871 թվականներին՝ սպեկտրոսկոպով՝ Անջելո Սեկիի և Ուիլյամ Հագինսի կողմից։ Վերջիններս հայտնաբերել են մի շարք լայն մուգ գծեր, որոնք նրանք չեն կարողացել նույնականացնել[6]։ Նրանց նաև չի հաջողվել բացահայտել այնպիսի սպեկտրային գծեր, որոնք կարող են համապատասխանել արևային լույսին, ինչից ելնելով՝ Նորման Լոկերը սխալմամբ եզրակացրել է, որ Արեգակի լույսը արտացոլելու փոխարեն Ուրանը արձակում է իր սեփական լույսը[6][7]։ 1889 թվականին այս անհավանական վարկածը հերքվել է[8]։ Լայն մուգ շերտերի բնույթը սպեկտրի տեսանելի մասում անհայտ է մնացել մինչև քսաներորդ դարի 40–ական թվականները[6]։

Ուրանի սպեկտրի մուգ շերտերը վերծանելու բանալին հայտնաբերվել է 1930-ական թվականներին Վեստո Սլայֆերի և Ուիլդտ Ռուպերտի կողմից[9], որոնք բացահայտել են, որ մուգ գծերը 543, 619, 925, 865 և 890 նանոմետրով պատկանում են գազանման մեթանին[6][9]։ Դա նշանակում է, որ Ուրանի մթնոլորտը թափանցիկ է եղել ավելի մեծ խորությունների վրա` համեմատած այլ հսկա մոլորակների գազային թաղանթների հետ[6]։ 1950 թվականին Ջերարդ Կոյպերը նաև նկատել է Ուրանի սպեկտրում 827 նանոմետր ցրված մուգ գոտի, որը, սակայն, նա չի կարողացել նույնականացնել[10]։ 1952 թվականին Գերհարդ Հերցբերգը` Նոբելյան մրցանակի ապագա դափնեկիր, ցույց է տվել, որ այդ գիծը առաջացել է մոլեկուլյար ջրածնի թույլ կլանումից, որը այդպիսով դարձել է Ուրանի վրա հայտնաբերված երկրորդ միացությունը[11]։ Մինչև 1986 թվականը մեթանը և ջրածինը եղել են Ուրանի վրա հայտնավերված միակ նյութերը[6]։ Սպեկտրասկոպական ուսումնասիրությունները, որոնք սկսվել են 1967 թվականին և թույլ են տվել կազմել մթնոլորտի մոտավոր ջերմաստիճանի բալանսը։ Պարզվել է, որ ջերմության ներքին աղբյուրները չեն ազդում մթնոլորտի ջերմաստիճանի վրա և նրա տաքացումը իրականացվում է միմիայն Արեգակի ճառագայթների շնորհիվ[12]։ Մթնոլորտի ներքին տաքացում չի նկատվել Վոյաժեր 2-ի կողմից, որը 1986 թվականին այցելել է Ուրան[13]։

1986 թվականի հունվարին Վոյաժեր 2 միջմոլորակային կայանը թռել է մինչև Ուրան` նրանից նվազագույն 10 7100 կիլոմետր հեռավորության վրա և առաջին անգամ նրան է հաջողվել ստանալ մոլորակի մթնոլորտի սպեկտրի լուսանկարը մոտ տարածությունից[14]։ Այս չափումները հաստատել են, որ Ուրանի մթնոլորտը կազմված է եղել հիմնականում ջրածնից (72%), հելիումից (26%), ինչպես նաև 2% մեթանից[15]։ Մոլորակի լուսավորված կողմի մթնոլորտը Վոյաժեր 2-ի կողմից ուսումնասիրելու ընթացքում եղել է ծայրահեղ հանդարտ և չի առաջացրել խոշոր մթնոլորտային գոյացություններ։ Ուրանի մյուս կողմի մթնոլորտի կարգավիճակը ուսեւմնասիրել չի ստացվել` Վոյաժեր 2-ի` նրան մոտ թռչելու պահին այնտեղ իշխող բևեռային գիշերի պատճառով[16]։

1990-ական և 2000-ական թվականներին տիեզերական աստղադիտակ «Հաբլ»-ի և հարմարվողական օպտիկայով հագեցած ցամաքային աստղադիտակների օգնությամբ առաջին անգամ նկատվել են ամպի ծածկույթի դիսկրետ մանրամասներ[17], որը աստղագետներին թույլ է տվել կրկիկ չափել Ուրանի վրա քամու արագությունը, որի մասին նախկինում հայտնի է եղել միմիայն Վոյաժեր 2-ի ուսումնասիրությունների շնորհիվ, և նրանք կարողացել են նաև հետազոտել մոլորակի մթնոլորտի դինամիկան։

Կազմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ուրանի ներքնոլորտի և ներքին ստրատոսֆերայի ջերմաստիճանային պրոֆիլը։ Նաև ցույց են տրված ամպայնության հիմնական շերտերը։

Ուրանի մթնոլորտի կազմությունը տարբերվում է ընդհանրապես մոլորակային կազմությունից։ Նրա գլխավոր բաղադրիչ մասերն են մոլեկուլյար ջրալինը և հելիումը[18]։ Հելիումի մոլային մասը որոշվում է Վոյաժեր 2-ի կողմից իրականացրած վերլուծության շնորհիվ[19]։ Ներկա պահի դրությամբ վերին ներքնոլորտի համար ընդունում են 0.152 ± 0.033 արժեքը, որը համապատասխանում է 0.262 ± 0.048 զանգվածային մասին[18][20]։ Այս արժեքը բավականին մոտ է Արեգակի կազմում եղած հելիումի զանգվածային մասին` 0.2741 ± 0.0120[21][22]։

Ուրանի մթնոլորտում երրորդ ամենատարածված գազը մեթանն է (CH4), որի առկայության մասին տեղեկությունը ստացվել է գետնի վրա հիմնված սպեկտրասկոպական չափումների արդյունքում[18]։ Մեթանը օժտված է ուժեղ տեսանելի ճառագայթման և մոտ ինֆրակարմիր կլանման գոտիներ, որը Ուրանը դարձնում է ակվամարին կամ կապույտ գույնի[23]։

Մեթանի ամպերի տակ` 1,3 բար ճնշմանը համապատասխանող մակարդակի վրա, մեթանի մոլեկուլների մասնաբաժինը կազմում է 2,3%[24], որը 10-30 անգամ գերազանցում է Արեգակի նույն ցուցանիշները[18][19]։ Այնպիսի միացությունների պարունակումը, ինչպիսիք են ամոնիակը, ջուրը և ծծմբաջրածինը խորը մթնոլորտում ներկա պահի դրությամբ միայն մոտավոր է հայտնի[18]։ Ենթադրվում է, որ Ուրանի մթնոլորտում դրանց կոնցենտրացիան տանս անգամ կամ նույնիսկ հարյուր անգամ գերազանցում է Արեգակի կոնցենտրացիան[25][26]։

Ուրանի մթնոլորտի իզոտոպային կազմի մասին գիտելիքները սահմանափակ են[27]։ 2013 թվականի մայիսի դրությամբ հայտնի է միայն դեյտերիումի հարաբերակցությունը պրտոիումին։ Այն կազմում է քք և չափվել է Ինֆրակարմիր տիեզերական աստղադիտարանի կողմից 1990-ական թվականներին։ Այս արժեքը զգալիորեն ավելի բարձր է Արեգակի արժեքից (2.25 ± 0.35×10−5)[28][29]։

Ենթակարմիր սպեկտրասկոպիան և «Սպիտցեր» տիեզերական աստղադիտակի միջոցով արված չափումները թույլ են տվել Ուրանի հայտնաբերել ստրատոսֆերայում հայտնաբերել ածխաջրածինների հետքեր[30][31], որոնք, ինչպես ենթադրվում է, սինթեզվել են մեթանից` արեգակնային ուլտրամանուշակագույն ճառագայթների ազդեցության տակ[32]։ Դրանք իրենց մեջ ներառում են էթան (C2H6), ացետիլեն (C2H2)[31][33], պրոպին (CH3C2H) և դիացետիլեն (C2HC2H)[34]։

Ենթակարմիր սպեկտրասկոպիայի շնորհիվ ստրատոսֆերայում հայտնաբերվել են նաև ջրային գոլորշու հետքեր, ածխածնի մոնոօքսիդներ և ածխաթթու գազ[35][36]։ Эти примеси скорее всего исходят из внешнего источника, например, космической пыли и комет.[34]

Շերտեր[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ուրանի մթնոլորտը կարելի է բաժանվել երեք հիմնական շերտերի` ներքնոլորտ, որը զբաղեցնում է -300 կիլոմետրից մինչև 50 կիլոմետր (0-ի համար ընդունված է պայմանական սահման, որտեղ ճնշումը կազմում է 1 բար), ստրատոսֆերա, որը ծածկում է 50-4000 կիլոմետր երկարություններ, էկզոսֆերա, որը տարածվում է 4000-ից մինչև մոլորակի մի քանի շառավիղներ։ Հատկանշական է, որ ի տարբերություն Երկրի մթնոլորտի Ուրանի մթնոլորտը չունի միջնոլորտ[37]։[38]

Ծանոթագրություններ[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

  1. ↑ «Uranus» (անգլերեն). NASA. Արխիվացված է օրիգինալից 2013 թ․ հունվարի 25-ին. Վերցված է 2013 թ․ սեպտեմբերի 11-ին.
  2. ↑ «УРАН». Արխիվացված օրիգինալից 2016 թ․ մարտի 4-ին. Վերցված է 2013 թ․ մայիսի 10-ին.
  3. ↑ Dr. David R. Williams. «Uranus Fact Sheet» (անգլերեն). NASA Goddard Space Flight Center. Արխիվացված օրիգինալից 2011 թ․ օգոստոսի 11-ին. Վերցված է 2013 թ․ սեպտեմբերի 11-ին.
  4. ↑ Lunine, 1993, էջեր 219-222
  5. ↑ de Pater Romani et al., 1991, Fig. 13, էջ 231
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 Fegley Gautier et al., 1991, էջեր 151–154
  7. ↑ Lockyer, 1889
  8. ↑ Huggins, 1889
  9. ↑ 9,0 9,1 Adel, Slipher, 1934
  10. ↑ Kuiper, 1949
  11. ↑ Herzberg, 1952
  12. ↑ Pearl Conrath et al., 1990, Table I, էջեր 12–13
  13. ↑ Smith, 1984, էջեր 213-214
  14. ↑ Stone, 1987, Table 3, էջ 14,874
  15. ↑ Fegley Gautier et al., 1991, էջեր 155–158, 168–169
  16. ↑ Smith Soderblom et al., 1986, էջեր 43–49
  17. ↑ Sromovsky, Fry, 2005, էջեր 459–460
  18. ↑ 18,0 18,1 18,2 18,3 18,4 Lunine, 1993, էջեր 222-230
  19. ↑ 19,0 19,1 Tyler Sweetnam et al., 1986, էջեր 80–81
  20. ↑ Conrath Gautier et al., 1987, Table 1, էջ 15,007
  21. ↑ Lodders, 2003, էջեր 1,228-1,230
  22. ↑ Conrath Gautier et al., 1987, էջեր 15,008–15,009
  23. ↑ Lunine, 1993, էջեր 235-240
  24. ↑ Lindal Lyons et al., 1987, էջեր 14,987, 14,994-14,996
  25. ↑ Atreya, Wong, 2005, էջեր 130–131
  26. ↑ de Pater Romani et al., 1989, էջեր 310–311
  27. ↑ Encrenaz, 2005, էջեր 107-110
  28. ↑ Encrenaz, 2003, Table 2 on p. 96, էջեր 98–100
  29. ↑ Feuchtgruber Lellouch et al., 1999
  30. ↑ Burgdorf Ортон et al., 2006, էջեր 634-635
  31. ↑ 31,0 31,1 Bishop Atreya et al., 1990, էջ 448
  32. ↑ Summers, Strobel, 1989, էջեր 496–497
  33. ↑ Encrenaz, 2003, էջ 93
  34. ↑ 34,0 34,1 Burgdorf Ортон et al., 2006, էջ 636
  35. ↑ Encrenaz, 2003, էջ 92
  36. ↑ Encrenaz Lellouch et al., 2004, էջ L8
  37. ↑ Lunine, 1993, էջեր 219–222
  38. ↑ Herbert Sandel et al., 1987, Fig. 4, էջ 15,097

Գրականություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Ստացված է «https://hy.wikipedia.org/w/index.php?title=Ուրանի_մթնոլորտ&oldid=9620870» էջից