Ուրան (մոլորակ)

Մարդիկ դիտարկել են Ուրանը դեռևս մինչև Ուիլիամ Հերշելը, սակայն սովորաբար այն ընդունում էին աստղի տեղ։ Ամենավաղ փաստաթղթավորված վկայությունն այդ մասին համարվում է անգլիացի աստղագետ Ջոն Ֆլեմստեդի գրառումները, նա դիտել էր Ուրանը 1690 թվականին, ամենաքիչը 6 անգամ, և գրանցել էր այն, որպես աստղ համար 34 Ցուլի համաստեղությունում։ 1750-ից մինչև 1769 թվականները ֆրանսիացի աստղագետ Պիեր լե Մոնյերը դիտել է Ուրանը 12 անգամ^[14]։ Ընդհանուր առմամբ, Ուրանը մինչև իր հայտնաբերման 1781 թվականը դիտարկվել է 21 անգամ^[15]։

Հայտնաբերման ժամանակ Հերշելը աշխատում էր աստղերի պարալաքսի դիտարկման ծրագրում՝ օգտագործելով սեփական նախագծման աստղադիտակ^[16], և 1781 թվականի մարտի 13-ին առաջին անգամ տեսավ այդ մոլորակը իր տան այգուց № 19 Նյու Քինգ փողոցի վրա (Բատ քաղաք, Սոմերսեթ կոմսություն Մեծ Բրիտանիա)^[17][18], սակայն հայտնեց այդ մասին ընդամենը մեկ և կես ամիս անց՝ ապրիլի 26-ին, ընդ որում, որպես «գիսաստղ»։

Մարտի 13-ին նա կատարեց հետևյալ գրառումը իր մատյանում^[19]՝

- Մեկ քվարտիլ[20] հեռավորության վրա Ցուլի ζ աստղից... Կամ մշուշոտ աստղ, կամ հնարավոր է, գիսաստղ։ Բնօրինակ տեքստ (անգլ.)   In the quartile near ζ Tauri … either [a] Nebulous star or perhaps a comet.

Մարտի 17-ին մատյանում հայտնվում է այլ գրառում^[21]։

Ես որոնում էի գիսաստղ կամ մշուշոտ աստղ, իսկ պարզվեց որ դա գիսաստղ է, քանզի այն փոխել է իր դիրքը։ Բնօրինակ տեքստ (անգլ.)   I looked for the Comet or Nebulous Star and found that it is a Comet, for it has changed its place.

Դրանից հետո նա ներկայացրեց իր հայտնագործությունը Թագավորական միությանը, շարունակելով պնդել, որ հայտնաբերել է գիսաստղ, սակայն համեմատելով նոր գտնված մարմինը մոլորակների հետ^[22]։

Առաջին անգամ ես դիտել եմ այդ գիսաստղը 227 անգամ խոշորացմամբ։ Իմ փորձը ցույց է տալիս, որ աստղերի տրամագիծը, ի համեմատ մոլորակների, համաչափորեն չի փոփոխվում, երբ փոխվում է օգտագործվող ոսպնյակի խոշորացման աստիճանը, տալով հնարավորություն ենթադրել, որ դա աստղ չէ, քանի որ համեմատության համար վերցրած աստղերի չափերը չեն փոփոխվել։ Ավելին, այն խոշորացման դեպքում, որը գերազանցում էր նրա պայծառությունը, գիսաստղը դառնում էր լղոզված, վատ տարբերվող, մինչդեռ մնացած աստղերը մնում էին պայծառ և հստակ, այնպես ինչպես և ես ենթադրեցի հազարավոր դիտարկումների արդյունքում։ Կրկնակի դիտարկումը հաստատեց իմ ենթադրությունները, դա իրականում գիսաստղ էր։ Բնօրինակ տեքստ (անգլ.)   The power I had on when I first saw the comet was 227. From experience I know that the diameters of the fixed stars are not proportionally magnified with higher powers, as planets are; therefore I now put the powers at 460 and 932, and found that the diameter of the comet increased in proportion to the power, as it ought to be, on the supposition of its not being a fixed star, while the diameters of the stars to which I compared it were not increased in the same ratio. Moreover, the comet being magnified much beyond what its light would admit of, appeared hazy and ill-defined with these great powers, while the stars preserved that lustre and distinctness which from many thousand observations I knew they would retain. The sequel has shown that my surmises were well-founded, this proving to be the Comet we have lately observed.

Հերշելը տեղեկացրեց Թագավորական միությանը և ապրիլի 23-ին ստացավ թագավորական աստղագետ Նևիլ Մասկելայնի պատասխանը, որում ասվում էր^[23]՝

Ես չգիտեմ ինչպես դա անվանել։ Դա կարող է լինել, ինչպես հասարակ մոլորակ, որը պտտվում է Արեգակի շուրջ համարյա շրջանաձև ուղեծրով, այնպես էլ գիսաստղ, որը շարժվում է շատ ձգված էլիպսով։ Ես առայժմ չեմ նկատել ոչ գիսաստղի գլուխ, ոչ էլ պոչ։ Բնօրինակ տեքստ (անգլ.)   I don't know what to call it. It is as likely to be a regular planet moving in an orbit nearly circular to the sun as a Comet moving in a very eccentric ellipsis. I have not yet seen any coma or tail to it.

Այն ժամանակ, երբ Հերշելը դեռ շարունակում էր զգուշորեն բնութագրել գտնված մարմինը որպես գիսաստղ, ուրիշ աստղագետները սկսեցին կասկածել, որ դա ինչ-որ այլ մարմին է։ Բեռլինյան աստղագետ Յոհան Բոդեն նկարագրեց Հերշելի հայտնաբերած մարմինը որպես, «շարժվող աստղ, կարող է համարվել մոլորակի նմանակ, որը շարժվում է շրջանաձև Սատուրնի ուղեծրից դուրս»^[24], և արեց հետևություն, որ այս ուղեծիրը ավելի նման է մոլորակի ուղեծրին, քան գիսաստղի։Շուտով դարձավ ակնհայտ, որ մարմինը իրականում հանդիսանում է մոլորակ։ 1783 թվականին Հերշելը ինքը տեղեկացրեց այս փաստի ճանաչման մասին Թագավորական միության նախագահ Ջոզեֆ Բենքսին^[25]՝

Եվրոպայի առավել ականավոր աստղագետների դիտարկումները ապացուցեցին, որ գիսաստղը, որը ես պատիվ ունեի նշելու 1781 թվականի մարտին, հանդիսանում է մեր Արեգակնային համակարգի մոլորակ։ Բնօրինակ տեքստ (անգլ.)   By the observation of the most eminent Astronomers in Europe it appears that the new star, which I had the honour of pointing out to them in March 1781, is a Primary Planet of our Solar System.

Իր ներդրումների համար Հերշելը պարգևատրվեց Գեորգ III-ի կողմից 200 ֆունտ ցմահ թոշակով այն պայմանով, որ նա կմեկնի ապրելու Վինձոր, որպեսզի թագավորական ընտանիքը հնարավորություն ունենա դիտել նրա աստղադիտակներով^[26].

Անվանում

Նևիլ Մասկելայնը Հերշելին գրել է նամակ, որում խնդրել է նրան անվանում տալ մոլորակին, որի հայտնաբերումը ամբողջությամբ այս աստղագետի շնորքն էր^[27]։ Ի պատասխան Հերշելը առաջարկել է անվանել մոլորակը «Georgium Sidus» (լատիներենից՝ «Գեորգի աստղ»), կամ Գեորգի մոլորակ ի պատիվ Գեորգ III-ին^[28]։ Իր որոշումը նա բացատրել է իր նամակում Ջոզեֆ Բենքսին^[25]՝

Հիանալի անցյալում մոլորակներին տվել են Մերկուրիի, Վեներայի, Մարսի, Յուպիտերի և Սատուրնի անուններ, ի պատիվ դիցական հերոսների և աստվածների։ Մեր կրթված փիլիսոփայական ժամանակներում տարօրինակ կլիներ վերադառնալ այդ ավանդույթին և անվանել հայտնաբերված մարմինը Ջունո, Պալաս, Ապոլոն կամ Միներվա։ Ցանկացած իրադարձության կամ ուշագրավ դեպքի մասին քննարկելիս մենք առաջին հերթին ուշադրություն ենք դարձնում թե երբ է այն տեղի ունեցել։ Եթե ապագայում ինչ-որ մեկը կուզենար իմանալ, թե երբ է հայտնաբերվել այդ մոլորակը, ապա ամենալավ պատասխանը այդ հարցին կարող է լինել՝ «Գեորգ III-ի գահակալման ժամանակ»։ Բնօրինակ տեքստ (անգլ.)   In the fabulous ages of ancient times the appellations of Mercury, Venus, Mars, Jupiter and Saturn were given to the Planets, as being the names of their principal heroes and divinities. In the present more philosophical era it would hardly be allowable to have recourse to the same method and call it Juno, Pallas, Apollo or Minerva, for a name to our new heavenly body. The first consideration of any particular event, or remarkable incident, seems to be its chronology: if in any future age it should be asked, when this last-found Planet was discovered? It would be a very satisfactory answer to say, 'In the reign of King George the Third.'

Ֆրանսիացի աստղագետ Ժոզեֆ Լալանդն առաջարկեց անվանել մոլորակը նրա հայտնաբերողի անունով՝ «Հերշել»^[29]։ Առաջարկվում էին նաև այլ անվանումներ՝ օրինակ Կիբելա, Դիցաբանությունում Սատուրն աստծո կնոջ անունով^[15]։ Գերմանացի աստղագետ Յոհան Բոդեն առաջինը առաջարկեց անվանել մոլորակը Ուրան, հին հունական դիցաբանության երկնքի աստծո պատվին։ Նա այս առաջարկությունը հիմնավորեց նրանով, որ «քանի որ Սատուրնը հանդիսանում էր Յուպիտերի հայրը, ապա նոր մոլորակը պետք է անվանել Սատուրնի հոր անունով»^[26][30][31]։ Ամենավաղ պաշտոնական հիշատակումը, որտեղ հանդիպում է մոլորակի Ուրան անվանումը, դա գիտական աշխատությունն է 1823 թվականին, արդեն մեկ տար անց Հերշելի մահից հետո^[32][33]։ Նախկին «Georgium Sidus» կամ «Գեորգ» անվանումը հանդիպում էր արդեն ոչ շատ հաճախ, չնայած Մեծ Բրիտանիայում այն օգտագործվել է համարյա 70 տարվա ընթացքում^[15]։ Վերջնականապես մոլորակը սկսեց անվանվել Ուրան միայն այն բանից հետո, երբ Նորին Մեծության ծովային ալմանախը («HM Nautical Almanac Office») 1850 ինքը ամրագրեց այդ անվանումը իր ցանկերում^[30]։

Ուրանը միակ մոլորակն է, որի անվանումը ծագում է ոչ թե հռոմեական պանթեոնից, այլ հունականից։ Ուրանի աստղագիտական նշանը « », հանդիսանում է Մարսի և Արեգակի նշանների խառնուրդը։ Դրա պատճառն է բերվում այն, որ հունական դիցաբանությունում Ուրան-երկինքը գտնվում է Արեգակի և Մարսի համատեղ իշխանության ներքո^[34]։ Ուրանի աստղաբաշխական նշանը , որը առաջարկվել էր Լալանդի կողմից 1784 թվականին, բացատրվում էր Լալանդի կողմից Հերշելին ուղղված նամակում^[29]՝

Դա երկրագունդն է վերևից նշված Ձեր անվան առաջին տառով։ Բնօրինակ տեքստ (ֆր.)   un globe surmonté par la première lettre de votre nom[29].

Չինարեն, Ճապոներեն, Վիետնամերեն և Կորեերեն լեզուներում մոլորակի անվանումը թարգմանվում է բառացիորեն որպես՝ «Երկնային արքայի Աստղ/Մոլորակ»^[35][36]։

Մոլորակի միջին հեռավորությունը Արեգակից կազմում է 19,1914 ա. մ. (2,8 միլիարդ կմ)։ Ուրանի մեկ ամբողջական պտույտի պարբերությունը Արեգակի շուրջ կազմում է 84 երկրիային տարի։ Երկրի և Ուրանի միջև հեռավորությունը տատանվում է 2,7 - 2,9 միլիարդ կմ^[37]։ Ուղեծրի մեծ կիսաառանցքը հավասար է 19,229 ա. մ., կամ մոտ 3 միլիարդ կմ։ Այսպիսի հեռավորության վրա արեգակնային ճառագայթման ինտենսիվությունը կազմում է Երկրի ուղեծրի մեծության 1/400^[38]: Ուրանի ուղեծրի տարրերը առաջին անգամ հաշվարկվել են 1783 թվականին ֆրանսիացի աստղագետ Պիեռ Սիմոն Լապլասի կողմից^[39], սակայն ժամանակի հետ ի հայտ եկան այս հաշվարկների անհամապատասխանությունները մոլորակի իրական շարժման հետ։ 1841 թվականին բրիտանացի Ջոն Կուչ Ադամսը առաջինը ենթդրեց, որ սխալները հաշվարկներում պայմանավորված են այլ, դեռ չհայտնաբերված մոլորակի ձգողության ազդեցությամբ։ 1845 թվականին ֆրանսիացի մաթեմատիկոս Ուրբեն Լե Վերյեն անկախ մյուսներից սկսեց հաշվարկել Ուրանի ուղեծրի տարրերը, իսկ 1846 թվականի սեպտեմբերի 23-ին Յոհան Գալլեն հայտնաբերեց նոր մոլորակը, որն ավելի ուշ անվանվեց Նեպտուն, համարյա այն դիրքում, որտեղ և կանխատեսել էր Լեվերյեն^[40]։

Ուրանի պտույտի պարբերությունը սեփական առանցքի շուրջ կազմում է 17 ժամ 24 րոպե։ Սակայն, ինչպես և այլ հսկա-մոլորակների մոտ, մթնոլորտի վերին շերտերում փչում են չափազանց ուժեղ քամիներ, պտտման ուղղությամբ, որոնք հասնում են 240 մ/վ արագության։ Այսպիսով, հարավային լայնության 30 աստիճանի մոտակայքում մթնոլորտի որոշ մասեր պտտվում են մոլորակի շուրջ ընդամենը 14 ժամում^[41]։

Պտույտի առանցքի թեքում

Ուրանի հասարակածի հարթությունը թեքված է նրա ուղեծրի հարթության նկատմամբ 97,86° աստիճանի անկյան տակ, այսինքն մոլորակը պտտվում է «կողքի վրա պառկած»։ Սա բերում է նրան, որ տարվա եղանակների փոփոխությունը Ուրանի մոտ բոլորովին տարբեր է, քան բոլոր մյուս Արեգակնային համակարգի մոլորակների մոտ։ Եթե մյուս մոլորակները կարելի է համեմատել պտտվող հոլի հետ, ապա Որանը ավելի նման է գլորվող գնդի։ Այսպիսի անսովոր պտույտի պատճառ սովորաբար նշվում է Ուրանի բախումը այլ պլանետեզեմալի հետ իր ձևավորման վաղ ժամանակաշրջանում^[42]։ Առճակատման պահերին մոլորակի բևեռներից մեկը ուղղված է լինում Արեգակին։ Միայն հասարակածին մոտ գտնվող նեղ շերտում է տեղի ունենում գիշեր-ցերեեկ փոփոխություն, ընդ որում Արեգակը այդ ընթացքում շատ ցածր է լինում հորիզոնի նկատմամբ, ինչպես Երկիր բևեռային լայնություններում։ Կես տար հետո դրությունը փոխվում է հակադարձին, «բևեռային օրը» սկսվում է մյուս կիսագնդում։ Ամեն բևեռը 42 երկրային տարի գտնվում է մթության մեջ և ևս 42 տարի Արեգակի լույսի տակ^[43]։ Գիշերահավասարի պահերին Արեգակը կանգնած է Ուրանի հասարակածի «դիմաց», ինչը հանգեցնում է համարյա նույն գիշեր-ցերեկ ցիկլին ինչպես և բոլոր մյուս մոլորակների մոտ է։ Ուրանի հերթական գիշերահավասարը սկսել է 2007 թ. դեկտեմբերի 7-ին^[44][45]։

Այսպիսի առանցքի թեքման շնորհիվ տարվա ընթացքում Ուրանի բևեռային շրջանները ստանում են ավելի շատ Արեգակնային էներգիա, քան հասարակածայինները։ Սակայն Ուրանը ավելի «տաք է» հասարակածային շրջաններում, քան բևեռայիններում։ Այսպիսի էներգիայի բաշխման գործընթացի մեխանիզմը դեռևս մնում է անհայտ։ Այսպիսի անսովոր պտույտի առանցքի թեքման պատճառը նույնպես մնում է վարկածների հարթությունում, սակայն, ընդունված է համարել, որ Արեգակնային համակարգի ձևավորման ժամանակ մոտավորապես Երկրի չափերի պրոտոմոլորակ բախվել է Ուրանի հետ և փոխել է նրա պտույտի առանցքի ուղղվածությունը^[46]։

Շատ գիտնականներ համաձայնվում են այս վարկածի հետ, քանի որ այն կարող է բացատրել, թե ինչու Ուրանի արբանյակներից ոչ մեկը չունի այսպիսի թեքության պտույտի առանցք։ Առաջարկվել է նաև վարկած, որ մոլորակի պտույտի առանցքը միլիոնավոր տարիների ընթացքում շեղել է խոշոր արբանյակը, որը հետագայում կորսվել է^[47]։

«Վոյաջեր-2» ԱՄԿ-ի առաջին այցի ժամանակ 1986 թվականին Ուրանի հարավային բևեռն էր ուղղված Արեգակին։ Այս բևեռի նշանակումը որպես «հարավային» ընդունված է Միջազգային աստղագիտական միության կողմից, ելնելով այն բանից, որ հյուսիսային բևեռը պետք է լինի Արեգակնային համակարգի հարթությունից վեր^[48][49]։ Սակայն կա համաձայնություն, ըստ որի Ուրանի բևեռների մասին խոսելիս օգտվում են «աջ ձեռքի կանոնից»^[50]։ Այս մեթոդով դիտելիս, «Վոյաջեր-2»-ը 1986 թվականին տեսել է մոլորակի ոչ թե հարավային, այլ հյուսիսային բևեռը։ Աստղագետ Պատրիկ Մուրը այս խնդիրը բնութագրել է հետևյալ կերպ՝ «Ընտրեք ուր կուզեք»^[51]։

Տեսանելիություն

1995-ից 2006 թվականները Ուրանի տեսանելի աստղային մեծությունը տատանվում էր +5,6 - +5,9 միջև, այսինքն մոլորակը տեսանելի էր անզեն աչքով հնարավորությունների սահմանին մոտ (անզեն աչքով տեսանելի սահմանային մեծությունն է +6,0^[52])։ Մոլորակի անկյունային չափը գտնվում էր 3,4 - 3,7 անկյունային վայրկյան միջակայքում (համեմատության համար՝ Սատուրն - 16-20 անկյունային վայրկյան, Յուպիտեր՝ 32-45 անկյունային վայրկյան^[52])։ Ուրանը տեսանելի է անզեն աչքով առճակատման դիրքում պարզ երկնքում գիշերով, այն կարելի է դիտել նաև քաղաքային պայմաններում հեռադիտակով^[53]։ Մեծ սիրողական աստղադիտակներով, օբյեկտիվի տրամագիծը՝ 15 - 23 սմ, Ուրանը երևում է որպես բաց-երկնագույն սկավառակ պարզ արտահայտված մթագնումով մի կողմում։ Ավելի մեծ աստղադիտակներով, 25 սմ-ից մեծ օբյեկտիվով, կարելի է տարբերել ամպերը և տեսնել մեծ արբանյակները՝ (Տիտանիան և Օբերոնը)^[54]։

Ներքին կառուցվածք

Ուրանը Երկրից ծանր է 14,5 անգամ, այն Արեգակնային համակարգի հսկա-մոլորակներից ամենաթեթևն է։ Ուրանի խտությունը, 1,270 գ/սմ³, կանգնեցնում է նրան երկրորդ տեղը Սատուրնից հետո Արեգակնային համակարգի ամենափոքր խտություն ունեցող մարմինների շարքում^[7]։ Չնայած այն բանին, որ Ուրանի շառավիղը մի փոքր ավելի մեծ է քան Նեպտունինը, նրա զանգվածը ավելի փոքր է^[4], ինչը խոսում է այն վարկածի օգտին, ըստ որի ենթադրվում է, որ Ուրանը կազմված է հիմնականում տարբեր սառույցներից՝ ջրային, ամոնիակային և մեթանային^[55]։ Նրանց զանգվածը, տարբեր գնահատականներով, կազմում է 9,3 - 13,5 երկրային զանգված^[55][56]։ Ջրածինը և հելիումը կազմում են ամբողջ զանգվածի միայն մի փոքր մասը (0,5 - 1,5 երկրային զանգված^[55]); մնացած մասը (0,5 - 3,7 երկրային զանգված^[55]) կազմում են լեռնային ապարները (որոնք, ինչպես ենթադրվում է, կազմում են մոլորակի միջուկը)։

Ուրանի ստանդարտ մոդելը ենթադրում է, որ այն կազմված է երեք մասերից՝ կենտրոնում (մանտիա), քարե միջուկ, միջին մասում - սառցե շերտ, և դրսից - ջրա-հելիումային մթնոլորտ^[55][57]։ Միջուկը համեմատաբար փոքր է, նրա զանգվածը կազմում է 0,55 - 3,7 երկրային զանգված և ունի շառավիղ, որը ամբողջ մոլորակի շառավղի 20% է կազմում։ Մանտիան (սառույցները) կազմում է մոլորակի հիմնական մասը (60 % ընդհանուր շառավղից, մինչև 13,5 երկրային զանգված)։ Մթնոլորտը, ունենալով ընդամենը 0,5 երկրային զանգված (այլ գնահատականներով 1,5), տարածվում է Ուրանի շառավղի 20% ի չափով^[55][57]։ Ուրանի կենտրոնում խտությունը պետք է աճի մինչև 9 գ/սմ³: Մանտիայի և միջուկի սահմանին ճնշումը պետք է հասնի մինչև 8 միլիոն բար (800 ԳՊա) իսկ ջերմաստիճանը՝ 5000 Կ^[56][57]։ Սառցե շերտը փաստացիորեն չի հանդիսանում սառույցից ինչպես ընդունված է հասկանալ, քանի-որ կազմված է տաք և խիտ հեղուկից, որը հանդիսանում է ջրի, ամոնիակի և մեթանի խառնուրդ^[55][57]։ Այս հեղուկը, որը ունի բարձր էլեկտրական հաղորդականություն, երբեմն անվանում են «ջրային ամոնիակի օվկիանոս»^[58]։ Ուրանի և Նեպտունի կազմությունը չափազանց տարբեր է Յուպիտերի և Սատուրնի կազմությունից հենց այս «սառույցների» շնորհիվ, որոնք գերակշռում են գազերի նկատմամբ, դասելով Ուրանին և Նեպտունին սառցե հսկա մոլորակների դասին։

Չնայած նրան, որ վերը նկարագրված մոդելը ամենատարածվածն է, այն միակը չէ։ Դիտարկուների վրա հիմնվելով կարելի է նաև կառուցել այլ մոդելներ, օրինակ՝ այն դեպքում եթե ջրածնային և քարե նյութի զգալի մաս է խառնվում սառցե մանտիայի հետ, ապա ընդհանուր սառույցների զանգվածը կարող է լինել ավելի փոքր, և համապատասխանաբար ջրածնի և քարային նյութի ընդհանուր զանգվածը կլինի բարձր^[56]։ Այսօրվա դրությամբ հասանելի տեղեկությունները թույլ չեն տալիս ճշգրտել թե որ մոդելն է ավելի ճիշտ։ Ներքին հեղուկ կառուցվածքը թույլ է տալիս որոշել, որ Ուրանը չունի պինդ մակերես, քանի-որ գազանման մթնոլորտը սահուն կերպով անցնում է հեղուկ շերտերին^[55]։ Սակայն, հեշտության համար պայմանականորեն «մակերևույթ» է որոշվել համարել սեղմված սֆերոիդը, որտեղ ճնշումը հավասար է 1 բարի։ Այս սեղմված սֆերոիդի հասարակածային և բևեռային շառավիղները կազմում են համապատասխանաբար՝ 25 559 ± 4 և 24 973 ± 20 կմ։ Հետայսու, այս հոդվածում, այս մեծությունը կընդունվի որպես Ուրանի բարձրությունների զրոյական մակարդակ^[4]։

Ներքին ջերմաստիճան

Ուրանի ջերմաստիճանը զգալիորեն ցածր է քան Արեգակնային համակարգի բոլոր մյուս հսկա-մոլորակների մոտ^[59][60]։ Մոլորակի ջերմային ճառագայթումը չափազանց ցածր է, և դրա պատճառը այս պահին մնում է անհասկանալի։ Նեպտունը, որը նման է Ուրանին և չափերով և կազմությամբ, տիեզերք է ճառագայթում 2,61 անգամ ավելի շատ ջերմային էներգիա, քան ստանում է Արեգակից^[60]։ Ուրանի մոտ այս ցուցանիշը հավասար է 0,042 ± 0,047 Վտ/մ², և այս մեծությունը ավելի փոքր է նրանից, որը ճառագայթում է երկրի միջուկը (~0,075 Վտ/մ²)^[61]։ Հեռավոր ինֆրակարմիր մասում կատարված չափումները ցույց տվեցին, որ Ուրանը ճառագայթում է Արեգակից ստացված էներգիայի ընդամենը 1,06 ± 0,08% (այսինքն ավելցուկային տաքությունը ծայրահեղ քիչ է, համարյա բացակայում է)^[8][61]։ Ամենացածր ջերմաստիճանը, որը գրանցվել է Ուրանի Տրոպոդադարում, կազմում է 49 Կ, ինչը դարձնում է այս մոլորակը Արեգակնային համակարգի ամենասառը մոլորակը, նույնիսկ ավելի սառը քան Նեպտունը^[8][61]։

Գոյություն ունեն երկու վարկած, որոնք փորձում են բացատրել այս ֆենոմենը։ Դրանցից առաջինը պնդում է, որ պրոտոմոլորակը, որը ենթադրաբար բախվել էր Ուրանի հետ Արեգակնային համակարգի ձևավորման ժամանակ և առաջացրել է նրա պտույտի առանցքի մեծ թեքում, նույնպես իր հետ «տարել» է ջերմության մի մասը, թողնելով մոլորակը արդեն իսկ սպառված ջերմության քանակով^[62]։ Երկրորդ վարկածը նշում է, որ Ուրանի մթնոլորտում կա մի շերտ, որը խոչընդոտում է միջուկի ջերմությանը հասնելու մթնոլորտի վերին շերտորին և նրանիցից դուրս, այն քանակներով, որքան որ ներթափանցել է մթնոլորտ^[55]։ Օրինակ՝ այսպիսի կենվեկցիան կարող է տեղի ունենալ այն դեպքում, երբ երկու կազմությամբ տարբեր շերտերը իրար մոտ են տեղակայված, որոնք կարող են խոչընդոտել տաք բարձրացող «հոսանքների» անցումը^[8][61]։

Ավելցուկային ջերմային ճառագայթման բացակայությունը զգալիորեն բարդեցնում է նրա ընդերքների ջերմաստիճանի չափումը, սակայն եթե ենթադրենք, որ ջերմաստիճանային պայմանները Ուրանի ընդերքում նման են այլ հսկա-մոլորակների պայմաններին, ապա այնտեղ հնարավոր է հեղուկ ջրի գոյությունը, և հետևաբար Ուրանը կարող է մտնել Արեգակնային համակարգի այն մոլորակների ցանկը, որտեղ հնարավոր է կյանքի գոյությունը^[63]։

Մթնոլորտ

Չնայած Ուրանը և չունի պինդ մակերևույթ, գազային ծածկույթի առավել բարձր տեղակայված շերտը ընդունված է անվանել նրա մթնոլորտ^[8]։ Ենթադրվում է, որ Ուրանի մթնոլորտը սկսվում է արտաքին շերտից 300 կմ հեռավորության վրա, 100 բար ճնշման և 320 Կ ջերմաստիճանի պայմաններում^[64]։ «Մթնոլորտային թագը» ծավալվում է հեռավորության վրա, որը 2 անգամ գերազաանցում է 1 բար ճնշմամբ «մակերևույթի» շառավիղը^[65]։ Մթնոլորտը պայմանականորեն կարելի է բաժանել 3 մասի՝ տրոպոսֆերա (-300 կմ - 50 կմ, ճնշումը կազմում է 100 - 0,1 բար), ստրատոսֆերա (50 - 4000 կմ, ճնշումը կազմում է 0,1 - 10⁻¹⁰ բար) և ջերմոլորտ/մթնոլորտային թագ (4000 - 50000 կմ մակերևույթից)^[8]։ Մեզոսֆերան Ուրանի մոտ բացակայում է։

Կազմություն

Ուրանի մթնոլորտի կազմությունը նկատելիորեն տարբերվում է մոլորակի մյուս մասերի կազմությունից շնորհիվ մոլեկուլյար ջրածնի և հելիումի բարձր պարունակության^[8]։ Հելիումի մոլյար մասը (այսինքն հելիումի ատոմների քանակի հարաբերությունը ջրածին/հելիում մոլեկուլների քանակին) վերին տրոպոսֆերայում հավասար է 0,15 ± 0,03 և համապատասխանում է 0,26 ± 0,05 զանգվածային մասին^[8][61][66]։ Այս արժեքը շատ մոտ է պրոտոաստղային հելիումի զանգվածային մասին (0,275 ± 0,01)^[67]: Հելիումը չի կենտրոնացած մոլորակի կենտրոնում, ինչը բնորոշիչ է այլ գազային հսկաների համար^[8]։ Ուրանի մթնոլորտի քանակությամբ երրորդ տարրը մեթանն (CH₄) է^[8]։ Մեթանը ունի լավ երևացող կլանման գծեր տեսանելի և մերձավոր ինֆրակարմիր սպեկտրներում։ Նրա քանակը կազմում է ըստ մոլեկուլների քանակի 2,3% (1,3 բար ճնշման մակարդակում)^[8][68][69]։ Այս հարաբերակցությունը զգալիորեն նվազում է բարձրության հետ, այն պատճառով, որ չափազանց ցածր ջերմաստիճանը «ստիպում» է մեթանին վերածվել սառույցի^[70]։ Մեթանի, որը կլանում է սպեկտրի կարմիր մասի լույսը, առկայությունը տալիս է մոլորակին իր կանաչա-կապտավուն գույնը^[71]։ Մթնոլորտի խերքում այլ ավելի պակաս ցնդողունակության նյութերիայնպիսիք, ինչպիսին են ամոնիակը, ջուրը և ջրածնի սուլֆիդը, տարածվածության աստիճանը վատ է ուսումնասիրված^[8][72]։ Բացի այդ, Ուրանի մթնոլորտի վերին շերտերում հայտնաբերվել են էթանի (C₂H₆), մեթիլացետիլենի (CH₃C₂H) և դիացետիլենի (C₂HC₂H) հետքեր^[70][73][74]։ Այս ածխաջրածինները, ինչպես ենթադրվում է, հանդիսանում են մեթանի ֆոտոլիզի արդյունք արեգակնային ուլտրամանուշակագույն ռադիացիայի ազդեցության տակ^[75]։ Սպեկտրասկոպիայի արդյունքում հայտնաբերվել է նույնպես ջրային գոլորշու, շմոլ գազի ածխաթթու գազի հետքեր։ Հավանաբար, նրանք ընկնում են Ուրանի վրա արտաքին աղբյուրներից (օրինակ, կողքով անցնող գիսաստղներից)^[73][74][76]։

Տրոպոսֆերան

Տրոպոսֆերան ամենաներքևի և ամենախիտ մթնոլորտի մասն է, այստեղ բարձրության անկման հետ իջնում է նաև ջերմաստիճանը^[8]։ Ջերմաստիճանը ընկնում է 320 Կ-ից տրոպոսֆերայի ամենաներքևում (300 կմ խորության վրա) մինչև 53 Կ - 50 կմ բարձրության վրա^[64][69]։ Տրոպոսֆերայի ամենավերին մասում (տրոպոդադարում) տատանվում է 57-ից 49 Կ կախված լայնությունից^[8][59]։ Տրոպոդադարն է պատասխանատու մոլորակի ինֆրակարմիր ճառագայթման մեծ մասի համար (սպեկտրի հեռու ինֆրակարմիր մասում), և այն թույլ է տալիս պարզել մոլորակի էֆեկտիվ ջերմաստիճանը (59,1 ± 0,3 Կ)^[59][61]։Տրոպոսֆերան ունի բարդ կազմություն. ենթադրաբար, ջրային ամպերը կարող են գտնվել ճնշման 50 - 100 բար միջակայքում, ամոնիակի հիդրոսուլֆիդի ամպերը՝ 20-40 բար միջակայքում, ամոնիակի և ածխաջրածնի ամպերը՝ 3-10 բար միջակայքում։ Սակայն մեթանային ամպերը կարող են տեղաբաշխված լինել 1 - 2 բար միակայքում^{[8][64][68][77]}։ Տրոպոսֆերան մթնոլորտի չափազանց շարժուն մաս է, և նրա մեջ լավ երևում են սեզոնային փոփոխությունները, ամպերը և ուժեղ քամիները^[60]։

Մթնոլորտի վերին մաս

Տրոպոդադարից հետո սկսվում է ստրատոսֆերան, որտեղ ջերմաստիճանը չի իջնում, այլ հակառակը աճում է բարձրության հետ. 53 Կ-ից տրոպոդադարում մինչև 800 - 850 Կ ջերմոլորտի հիմնական մասում^[65]։ Ստրատոսֆերայի տաքացումը պայմանավորված է մեթանի և այլ ածխաջրածինների կողմից Արեգակի ինֆրակարմիր և ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման կլանմամբ, որը առաջանում է մեթանի ֆոտոլիզի շնորհիվ^[70][75]։ Բացի այդ ստրատոսֆերան տաքանում է նաև ջերմոլորտի կողմից^[78][79]։ Ածխաջրածինները զբաղեցնում են համեմատաբար ցածր շերտ 100-ից մինչև 280 կմ, 10-ից 0,1 միլիբար միջակայքում և 75 - 170 Կ ջորմաստիճանային սահմաններում^[70]։ Առավել տարածված ածխաջրածիններն են ացետիլենը և էթանը, որոնք կազմում են այս տարածքում ջրածնին 10⁻⁷ հարաբերությամբ, որի պարունակությունը այստեղ մոտ է մեթանի և ածխաթթու գազի պարունակությանը^[70][73][76]։ Ավելի ծանր ածխաջրածինների համար այդ հարաբերությունը ևս 3 աստիճանով ցածր է^[73]։ Էթանը և ացետիլենը կոնդենսացվում են ստրատոսֆերայի ավելի սառը և ստորին մասերում և տրոպոդադարում, առաջացնելով մառախուղներ^[75]։ Սակայն ածխաջրածինների պարունակությունը այս մառախուղներից վեր զգալիորեն ավելի քիչ է, քան ահլ հսկա մոլորակների վրա^[70][78]։

Մոլորակի մակերևույթից առավել հեռու գտնվող մթնոլորտի մասերը, ջերմոլորտը և թագը, ունեն 800 - 850 Կ ջերմաստիճան^[8][78], սակայն այսպիսի ջերմաստիճանի պատճառները հասկանալի չեն։ Ոչ արեգակնային ուլտրամանուշակագույն ճառագայթումը (ուլտրամանուշակագույն սպեկտրի ոչ մոտ, ոչ էլ հեռու մասերը), ոչ բևեռային փայլը չեն կարող ապահովել այս քանակի էներգիա (չնայած հովացման ցածր էֆեկտիվությունը ստրատոսֆերայի վերին շերտերում ածխաջրածինների բացակայության պատճառով, կարող է ունենալ իր ազդեցությունը^[65][78])։ Բացի մոլեկուլային ջրածնից, ջերմոլորտը պարունակում է մեծ քանակով ազատ ջրածնի ատոմներ։ Նրանց փոքր զանգվածը և բարձր ջերմաստիճանը կարող են բացատրել, թե ինչու ջերմոլորտը ձգվում է 50 000 կմ (երկու մոլորակի շառավղի չափով)^[65][78]։ Այս ձգված թագը Ուրանի յուրահատուկ առանձնահատկությունն է^[78]։ Հենց դա է Ուրանի օղակներում փոշու ցածր պարունակության պատճառը^[65]։ Ուրանի ջրմոլորտը և ստրատոսֆերայի վերին շերտը ձևավորում են Ուրանի իոնոսֆերան^[69], որը գտնվում է 2000-ից 10000 կմ բարձրությունների վրա^[69]։ Ուրանի իոնոսֆերան ավելի խիտ է, քան Սատուրնի կամ Նեպտունի մոտ, հնարավոր է, որ դա պայմանավորված է ածխաջրածինների ցածր պարունակությամբ վերին ստրատոսֆերայում^[78][80]։ Իոնոսֆերան հիմնականում պահպանվում է արեգակնային ուլտրամանուշակագույն ճառագայթման շնորհիվ և նրա խտությունը կախված է արեգակնային ակտիվությունից^[81]։ Բևեռափայլերը մոլորակի վրա ոչ այնքան հաճախ են լինում և ոչ այնքան նշանակալի են, ինչպես Յուպիտերի և Սատուրնի վրա^[78][82]։

Կլիման

Ուրանի մթնոլորտը արտասովոր հանգիստ է համեմատած մյուս հսկա մոլորակների հետ, նույնիսկ համեմատած Նեպտունի հետ, որը մոտ է Ուրանին կազմությամբ և չափերով^[60]։ Երբ «Վոյաջեր-2-ը» մոտեցավ Ուրանին, հնարավոր եղավ տարբերել ընդամենը 10 ամպերի շերտեր մոլորակի երևացող մասում^[83][84]։ Այսպիսի հանգստությունը մթնոլորտում կարող է բացատրվել ներքին չափազանց ցածր ջերմաստիճանով։ Այն զգալիորեն ավելի փոքր է, քան մյուս հսկա մոլորակների մոտ է։ Ամենացածր ջերմաստիճանը գրանցվել է Ուրանի տրոպոդադարում, և կազմում է 49 Կ (-224 °C), ինչ դարձնում է մոլորակը Արեգակնային համակարգի մոլորակներից ամենասառը, նույնիսկ ավելի սառը քան նրանից հեռու գտնվող Նեպտունը և Պլուտոնը^[8][61]։Գիտնականների կարծիքով այս մոլորակի վրա անձրևի փոխարեն ադամանդ է տեղում, քանի որ մեթանի ածխածնի և ջրածնի ատոմները բաժանվում են և կարող են սեղմվել և ստեղծել ադամանդ։

Մթնոլորտային ձևավորումները, ամպերը և քամիներ

«Վոյաջեր-2-ի» 1986 թվականին կատարած լոսանկարները ցույց տվեցին, որ Ուրանի տեսանելի հարավային կիսագունդը կարելի է բաժանել երկու մասերի՝ պայծառ «բևեռային ծածկույթ» և ավելի մութ հասարակածային շրջաններ^[83]։ Այս մասերը իրար հետ սահմանակցում են −45° լայնության վրա։ Նրանց միջև ընկած նեղ շերտը −45°-ից −50°, կոչվում է հարավային «օղակ», և հանդիսանում է կիսագնդի, ինչպես նաև ամբողջ տեսանելի մակերեսի ամենանկատելի առանձնահատկությունը^[83][85]։ «Ծածկույթը» և օղակը, ինչպես ենթադրվում է տեղակայված են 1,3 - 2 բար ճնշման գոտում, և հանդիսանում են մեթանի խիտ ամպեր^[86]։

Ցավոք, «Վոյաջեր-2» ԱՄԿ-ն մոտեցավ Ուրանին «Հարավային բևեռային ամառվա» ժամանակ և չկարողացավ լուսանկարել հյուսիսային բևեռային շրջանը։ Սակայն XXI դարի սկզբում, երբ հնարավոր եղավ դիտել Ուրանի հյուսիսային կիսագունդը, տիեզերական «Հաբբլ» աստղադիտակով և Կեկի աստղադիտարանից, այստեղ ոչ մի «ծածկույթ» կամ «օղակ» չհայտնաբերվեց^[85]։ Այսպիսով, նշվեց Ուրանի կառուցվածքում հերքական ոչ-սիմետրիկությունը, որը հատկապես պայծառ է հարավային բևեռի մոտ և հավասարաչափ մուգ «հարավային օղակից» հյուսիս ընկած շրջաններում^[85]։

Բացի մեծ շերտավոր մթնոլորտի առանձնահատկության, «Վոյաջեր-2» ԱՄԿ-ն նկատեց 10 փոքր պայծառ ամպիկներ, դրանց մեծ մասը նկատվել էր «հարավային օղակից» մի քանի աստիճան հյուսիս ընկած շրջանում^[83], բոլոր մյուս կետերում Ուրանը երևում էր որպես «դինամիկորեն մեռյալ» մոլորակ։ Սակայն 1990-ական թվականներին գրանցված պայծառ ամպիկների քանակը կտրուկ աճեց, ընդ որում դրանց մեծ մասը նկատվել է մոլորակի հյուսիսային կիսագնդում, որը այդ ժամանակ դառնում էր տեսանելի^[60]։ Դրա առաջին բացատրությունը, ըստ որի պայծառ ամպերը ավելի հեշտ է նկատել հյուսիսային կիսագնդում, քան ավելի պայծառ հարավայինում, չի հաստատվել։ Երկու կիսագնդերի ամպերի կառուցվածքում կան տարբերություններ^[87]. հյուսիսային ամպերը ավելի փոքր են, պայծառ և ավելի հստակ են արտահայտված^[88]։ Հավանաբար, նրանք գտնվում են ավելի մեծ բարձրության վրա^[88]։ Ամպերի կյանքի տևողությունը չափազանց տարբեր է, նկատված ամպերից որոշները գոյություն են ունեցել մի քանի ժամ, միևնույն ժամանակ առնվազն մեկ ամպ հարավային կիսագնդում պահպանվում է մինչև այսօր Ուրանի մոտով «Վոյաջեր-2» սարքի անցման պահից^[60][84]։ Նեպտունի և Ուրանի վերջերս կատարած դիտարկումները ցույց տվեցին, որ այս մոլորակների ամպերի միջև կան նաև շատ ընդհանուր առանձնահատկություններ^[60]։ Չնայած Ուրանի վրա եղանակը ավելի հանգիստ է, նրա վրա, ինչպես և Նեպտունի վրա նկատվել են «մութ հետքեր» (մթնոլորտային հողմեր), 2006 թվականին այնտեղ առաջին անգամ նկատվել և լուսանկարվել է հողմ^[89]։

Տարբեր ամպերի դիտարկումը թույլ տվեց որոշել զոնային քամիները, որոնք փչում են Ուրանի տրոպոսֆերայում^[60]։ Հասարակածի վրա քամիները հակադարձ ուղղությամբ են փչում մոլորակի պտույտին, և նրանց արագությունները (քանի որ նրանք փչում են հակադարձ պտույտի ուղղությանը) կազմում են −100 և −50 մ/վ^[60][85]։ Հասարակածից հեռավորության մեծացմանը համընթաց քամիների արագությունները ձգտում են զրոյիընդհուպ մինչև ± 20° լայնությունը, որտեղ քամիներ համարյա չկան։ Այստեղից հետո քամիները սկսում են փչել մոլորակի պտույտին համընթաց ընդհուպ մինչև բևեռներ^[60]։ Քամիների արագությունները սկսումեն աճել, հասնելով իրենց առավելագույն արժեքներին ±60° լայնություններում և հետո նվազում են մինչև գործնականորեն զրոն բևեռներում^[60]։ Քամու արագությունը −40° լայնության վրա տատանվում է 150 - 200 մ/վ, դրանից հետո դիտարկումներին խանգարում է «հարավային օղակը», որը իր պայծառությամբ ստվերում է ամպերը և թույլ չի տալիս որոշել քամու արագությունը հարավային բևեռի մոտ։ Մոլորակի վրա գրանցված ամենամեծ արագությունը, դիտարկվել է հյուսիսային կիսագնդի +50° լայնության վրա և հավասար է եղել 240 մ/վ^[60][85][90]։

Սեզոնային փոփոխություններ

Կարճ ժամանակահատվածի ընթացքում 2004 թվականի մարտից մայիս ամիսները, Ուրանի վրա նկատվեց ամպերի ավելի ակտիվ առաջացում, համարյա ինչպես Նեպտունի վրա^[88][91]։ Դիտարկումները գրանցեցին մինչև 229 մ/վ (824 կմ/ժ) քամու արագություն և անընդհատ կայծակ, որը անվանեցին «հուլիսի չորսի հրավառություն»^[84]։ 2006 թվականի օգոստոսի 23-ին Տիեզերական տարածության հետազոտությունների ինստիտուտը (Բոուլդեր, Կոլորադո նահանգ, ԱՄՆ) և Վիսկոնսինի համալսարանը դիտարկում էին մութ հետք Ուրանի վրա, որը թույլ տվեց ընդլայնել գիտելիքները եղանակների փոփոխության մասին այս մոլորակի վրա^[89]։ Թե ինչու են տեղի ունենում այսպիսի ակտիվության ժամանակահատվածներ հստակ պարզ չէ, հնարավոր է, Որանի չափազանց մեծ առանցքի թեքումը բերում է նույնպիսի մեծ հետևանքներով եղանակների փոփոխություն^[45][92]։ Սեզոնային փոփոխությունների պարզումը մնում է ընդամենը ժամանակի խնդիր, քանի որ Ուրանի մասին քիչ թե շատ որակյալ տեղեկություններ ստացվել են ավելի քիչ քան 84 տարի առաջ, իսկ «ուրանյան տարին» շարունակվում է 84 երկրային տարի։ Լուսաչափությունը, որը սկսվել է մոտ կես ուրանյան տարի առաջ (1950-ական թվականներին), ցույց է տվել մոլորակի պայծառության տատանումներ երկու միջակայքերում՝ մաքսիմումներով, որոնք ընկնում են արևադարձի ժամանակահատվածի վրա, և մինիմումներով, գիշերահավասարի ժամանակ^[93]։ Այսպիսի պարբերական տատանումները գրանցվել են շնորհիվ տրոպոսֆերայի միկրոալիքային չափումներին, որոնք սկսվել էին 1960-ական թվականներին^[94]։ Ստրատոսֆերային ջերմաստիճանային փոփոխությունները, որոնք հայտնվեցին 1970-ական թվականներին, նույնպես թույլ տվեցին բացահայտել արևադարձերի ժամանակ ի հայտ եկող մաքսիմումները (մասնավորապես, 1986 թվականին)^[79]։ Այդ փոփոխությունների մեծ մասը, ենթադրաբար, տեղի են ունենում մոլորակի ոչ-սիմետրիկության պատճառով^[87]։

Այնուամենայնիվ, ինչպես ցույց են տալիս հետազոտությունները, Ուրանի վրայի սեզոնային փոփոխությունները ոչ միշտ են կախված վերը նշված գործոններոից^[92]։ Իր վերջին «հյուսիսային արևադարձի» ժամանակ, 1944 թվականին, Ուրանի մոտ հյուսիսային կիսագնդում բարձրացավ պայծառության աստիճանը, դա ցույց տվեց, որ այն ոչ միշտ է եղել աղոտ^[93]։ Տեսանելի, Արեգակին ուղղված բևեռը արևադարձի ժամանակ պայծառանում է և գիշերահավասարից հետո կտրուկ մուգանում է^[92]։ Տեսանելի և միկրոալիքային փոփոխությունների մանրամասն վերլուծությունը ցույց տվեց, որ պայծառության ավելացումը ոչ միշտ է համընկնում արևադարձի հետ։ Տեղի են ունենում փոփոխություններ միջօրեականային ալբեդոյում^[92]։ Իվերջո, 1990-ական թվականներին, երբ Ուրանը լքեց արևադարձի կետը, «Հաբբլ» աստղադիտակի շնորհիվ հնարավոր եղավ նկատել, որ հարավային կիսագունդը սկսել է նկատելիորեն մթնել, իսկ հյուսիսայինը դառնում է ավելի պայծառ^[86], այնտեղ ավելանում են քամիների արագությունները և շատանում են ամպերը^[84], սակայն կա նաև պարզանալու միտում^[88]։Սեզոնային փոփոխությունների կառավարող մեխանիզմը դեռևս լավ չի ուսումնասիրված^[92]։ Ամառային և ձմեռային արևադարձերի ժամանակ երկու կիսագնդերը գտնվում են կամ Արեգակի լույսի ներքո կամ խավարում։ Արեգակի լույսի տակ գտնվող շրջանների պայծառությունը կապված է տեղային մառախուղի և մեթանիային ամպերի հաստացման պատճառով տրեպեսֆերայի շերտերում^[86]։ Պայծառ օղակը −45° լայնության վրա նույնպես կապված է մեթանային ամպերի հետ^[86]։ Հարավային բևեռային շրջանում տեղի ունեցող այլ փոփոխությունները կարող են բացատրվել ավելի ցածր շերտերում փոփոխություններով։ Մոլորակի միկրոալիքային ճառագայթման ինտենսիվության փոփոխությունները, հավանաբար, պայմանավորված են խորքային տրոպոսֆերային գազի շարժումներով, քանի որ հաստ բևեռային ամպերի շերտերը կարող են խանգարել կոնվեկցիային^[95]։ Երբ մոտենում է աշնանային գիշերահավասարի օրը, շարժող ուժերը փոխվում են, և կոնվեկցիան կարող է նորից սկսվել^[84][95]։

Մինչև «Վոյաջեր-2» ԱՄԿ-ով կատարված ուսումնասիրությունները Ուրանի մագնիսական դաշտը երբեք չէր հետազոտվել։ Մինչև սարքի մոտենալը մոլորակի ուղեծրին 1986 թվականին, ենթադրվում էր, որ այն կհամապատասխանի արեգակնային քամու ուղղությանը։ Այս դեպքում գեոմագնիսական բևեռները պետք է, որ համընկներին երկրաբանական բևեռների հետ, որոնք ընկած են խավարածրի հարթության մեջ^[96]։ Սակայն, «Վոյաջեր-2» ԱՄԿ-ի չափումները թույլ տվեցին հայտնաբերել Ուրանի մոտ բավականին յուրահատուկ մագնիսական դաշտ, որը ուղղված է մոլորակի երկրաբանական բևեռից և թեքված է 59 աստիճանով պտույտի առանցքի հանդեպ^[96][97]։ Փաստորեն մագնիսական դիպոլը շեղված է մոլորակի կենտրոնից դեպի հարավային բևեռ մոտ մոլորակի շառավղի 1/3-ի չափով^[96]։ Այս անսովոր երկրաչափությունը բերում է չափազանց ոչ-սիմետրիկ մագնիսական դաշտի առաջացմանը, որտեղ հարավային կիսագնդում մակերևույթի վրա լարվածությունը կարող է կաղմել 0,1 գաուս, իսկ հյուսիսային կիսագնդում այն կարող է հասնել 1,1 գաուսի^[96]։ Միջինում մոլորակի վրա այս ցուցանիշը հավասար է 0,23 գաուսի^[96] (համեմատության համար, Երկրի մագնիսական դաշտը նույնն է երկու կիսագնդերում, և մասնիսական հասարակածը մոտավորապես համընկնում է «ֆիզիկական հասարակածի» հետ^[97])։ Դիպոլային մոմենտը Ուրանի մոտ գերազանցում է Երկրայինը 50 անգամ^[96][97]։ Բացի Ուրանից, նմանատիպ շեղում և թեքում դիտարկվում է նաև Նեպտունի մոտ^[97], դրա հետ կապված, ենթադրում են, որ այսպիսի կառուցվածքը բնորոշիչ է սառցե հսկաների համար։ Վարկածներից մեկը բացատրում է այս երևույթը այն հանգամանքով, որ Երկրային խմբի մոլորակների և այլ հսկա մոլորակների մոտ մագնիսական դաշտը ստեղծվում է կենտրոնական միջուկում, իսկ «սառցե հսկաների» մագնիսական դաշտը ձևավորվում է համեմատաբար փոքր խորություններում, օրինակ հեղուկ ամոնիակի օվկիանոսում, բարակ միախառնվող ծածկույթում, որը շրջապատում է հաստատուն շերտավոր կառուցվածք ունեցող հեղուկ ներքին մասը^[58][98]։

Այնուամենայնիվ, մագնիսոլորտի ընդհանուր կառուցվածքով Ուրանը նման է Արեգակնային համակարգի մյուս մոլորակներին։ Կա գլխամասային հարվածային ալիք, որը գտնվում է Ուրանից 23 նրա շառավիղ հեռավորության վրա, և մագնիսոդադար (18 շառավիղ հեռավորության վրա Ուրանից)։ Կան նաև զարգացած մագնիսական պոչ և ռադիացիոն գոտիներ^[96][97][99]։ Ընդհանուր առմամբ Ուրանի մագնիսոլորտի կառուցվածքը տարբերվում է Յուպիտերից և ավելի մոտ է Սատուրնին^[96][97]։ Ուրանի մագնիսական պոչը ձգվում է միլիոնավոր կիլոմետրերով մոլորակի երևում, և պարուրված է սպիրալի մեջ մոլորակի պտույտի պատճառով^[96][100]։ Ուրանի մագնիսոլորտը պարունակում է լիցքավորված մասնիկներ՝ պրոտոններ, էլեկտրոններ և քիչ քանակությամբ H₂⁺ իոններ^[97][99]։ Հետազոտությունների ընթացքում ոչ մի այլ ավելի ծանր տեսակի իոններ չեն հայտնաբերվել։ Այս մասնիկներից շատերը անկասկած ծագում են Ուրանի տաք ջերմոսֆերայից^[99]։ Իոնների և էլեկտրոնների էներգիան կարող է հասնել 4 և 1,2 մեգաէլեկտրոնվոլտ (ՄէՎ) համապատասխանաբար^[99]։ Ցածր էներգետիկ իոնների (այսինքն իոնների, որոնց էներգիան փոքր է քան 0,001 ՄէՎ) խտությունը ներքին մագնիսոլորտում մոտ 2 իոն է խորանարդ սանտիմետրում^[101]։ Ուրանի մագնիսոլորտում կարևով դեր են կատարում նրա արբանյակները, որոնք ձևավորում են մեծ հարթություններ մագնիսական դաշտում^[99]։ Մասնիկների հոսքը բավականին հզոր է, որպեսզի մգեցնի արբանայկների մակերևույթները 100 000 տարվա ընթացքում^[99]։ Սա կարող է լինել Ուրանի օղակների և արբանյակների մուգ գույնի պատճառը^[102]։ Ուրանի վրա լավ են զարգացած բևեռափայլերը, որոնք երևում են որպես պայծառ աղեղներ երկու բևեռների շուրջ^[78]։ Սակայն ի տարբերություն Յուպիտերի, Ուրանի բևեռափայլերը աննշանակալի են ջերմոսֆերայի էներգետիկ հավասարակշռության համար^[82]։

Ուրանը ունի թույլ արտահայտված օղակների համակարգ, որոնք կազմված են չափազանց մուգ մասնիկներից, որոնց չափերը տատանվում են միկրոմետրից մինչև մեկ մետր^[83]։ Սա երկրորդ օղակների համակարգն է հայտնաբերված Արեգակնային համակարգում (առաջինը Սատուրնի օղակների համակարգն էր)^[103]։ Այս պահին հայտնի են Ուրանի 13 օղակներ, որոնցից ամենապայծառն է ε (էպսիլոն) օղակը։ Ուրանի օղակները, հավանաբար բավականին երիտասարդ են, դրա մասին վկայում են նրանց միջև միջակայքերը, ինչպես նաև նրանց թափանցիկության տարբերությունները։ Սա խոսում է այն մասին, որ օղակները չեն առաջացել մոլորակի հետ մեկտեղ։ Հնարավոր է, որ օղակները նախկինում եղել են Ուրանի արբանյակներից մեկը, որը ավերվել է կամ ինչ-որ մարմնի հետ բախումից, կամ մակընթացային ուժերի ազդեցության տակ^[102][103]։

1789 թվականին Ուիլիամ Հերշելը պնդում էր, որ տեսել է օղակները, սակայն այս փաստը կասկածելի է, քանի որ դեռևս երկու հարյուրամյակների ընթացքում այլ աստղագետները չէին կարողանում դրանք տեսնել։ Ուրանի օղակների համակարգի գոյությունը հաստատվեց միայն 1977 թվականի մարտի 10-ին ամերիկացի աստղագետ Ջեյմս Լ. Էլլիոթի, Էդվարդ Վ. Դանեմի և Դագլաս Ջ. Մինկի կողմից, օգտագործելով Կոյպերի աստղադիտարանը, տեղադրված ինքնաթիռի վրա։ Հայտնաբերումը կատարվել է անսպասելի, երբ հետազոտողների խումբը պատրաստվում էր դիտել Ուրանի կողմից SAO 158687 աստղի ծածկումը։ Սակայն, վերլուծելով ստացված տվյալները, նրանք հայտնաբերեցին աստղի պայծառության թուլացումը դեռևս Ուրանի ծածկումից առաջ, ընդ որում դա տեղի էր ունեցել մի քանի անգամ։ Արդյունքում հայտնաբերվեցին Որանի 9 օղակներ^[104]։ Երբ Ուրանին մոտեցավ «Վոյաջեր-2» ավտոմատ կայանը, նրա վրա տեղադրված օպտիկական սարքերի միջոցով հնարավոր եղավ հայտնաբերել ևս երկու օղակ, այսպիսով Ուրանի մոտ հայտնի դարձան 11 օղակներ^[83]։ 2005 թվականի հոկտեմբերին տիեզերական «Հաբբլ» աստղադիտակով հնարավոր եղավ հայտնաբերել ևս 2 նախկինում անհայտ օղակներ։ Նրանք պտտվում են երկու անգամ հեռու մոլորակից քան նախկինում հայտնաբերված օղակները, այդ պատճառով այս երկու օղակները անվանում են նաև «Ուրանի արտաքին օղակների համակարգ»։ Բացի օղակներից «Հաբբլը» հնարավորություն տվեց հայտնաբերել նաև երկու նախկինում անհայտ արբանյակներ, որոնցից մեկը (Մաբը) կիսում է իր ուղեծիրը ամենաարտաքին օղակի հետ։ Վերջին երկու օղակները հասցրին Ուրանի օղակների ընդհանուր թիվը մինչև 13^[105]։ 2006 թվականի ապրիլին Հավայան կղզիներում գտնվող Կեկի աստղադիտարանից կատարված լուսանկարները թույլ տվեցին տարբերել արտաքին օղակների գույները։ Նրանցից մեկը կարմիր էր, իսկ մյուսը ամենահեռավորը՝ կապույտ^[106][107]։ Ենթադրում են, որ արտաքին օղակի կապույտ գույնը պայմանավորված է նրանով, որ այն կազմված է Մաբի մակերևույթից դուրս շպրտված սառույցի բեկորներից^[106][108]։ Մոլորակի ներքին օղակները մոխրագույն են^[106]։

Ուրանի հայտնաբերող Ուիլիամ Հերշելի աշխատություններում օղակների մասին առաջին հիշատակումը հանդիպում է 1789 փետրվարի 22-ի գրառումներում։ Ծանոթություններում նա նշում է, որ ենթադրում է Ուրանի մոտ օղակների առկայությունը^[109]։ Հերշելը նույնպես նշել է, որ կասկածում է որ նրանք կարմիր են (ինչը հաստատվեց 2006 թվականի Կեկի աստղադիտարանի դիտարկումերով)։ Հերշելի ծանոթությունները տպագրվել են Թագավորական միության ամսագրում 1797 թվականին։ Սակայն հետագայում, համարյա երկու հարյուրամյակների ընթացքում 1797-ից մինչև 1979, գրականության մեջ օղակները ընդհանրապես չեն հիշատակվում, ինչը, իհարկե թույլ է տալիս կասկածել, որ գիտնականը սխալվել էր^[110]։ Այնուամենայնիվ, Հերշելի տեսածի բավականին ճշգրիտ նկարագիրը ույլ չի տալիս հենց այնպես հաշվի չառնել նրա դիտարկումները^[106]։

Երբ Երկիրը հատում է Ուրանի օղակների հարթությունը, նրանք տեսանելի են դառնում կողքից։ Դա տեղի է ունեցել 2007 - 2008 թվականներին։

Գոյություն ունեն բազմաթիվ փաստարկներ այն բանի օգտին, որ սառցե և գազային հսկաների միջև տարբերությունները ծագել են դեռևս Արեգակնային համակարգի ձևավորման փուլում^[111][112]։ Ինչպես ենթադրվում է, Արեգակնային համակարգը ձևավորվել է հսկայական պտտվող գնդից, որը բաղկացած էր գազից և փոշուց, այն անվանում են Պրոտոարեգակնային միգամածություն։ Հետո գունդը խտացավ, և ձևավորվեց սկավառակ Արեգակով կենտրոնում^[111][112]։ Ջրածնի և հելիումի մեծ մասը ծախսվեց Արեգակի ձևավորման ժամանակ։ Իսկ փոշու հատիկները սկսեցին միավորվել, և հետագայում ստեղծել պրոտոմոլորակներ^[111][112]։ Մոլորակների մեծանալու հետ համընթաց նրանցից որոշները ձևավորեցին իրենց բավարար հզոր գրավիտացիոն դաշտերը, որը բավարար էր, որպեսզի նրանց շուրջը հավաքվի մնացորդային գազը։ Նրանք շարունակում էին հավաքել գազ այնքան, մինչև չհասան սահմանին։ Սառցե հսկաներին հաջողվեց հավաքել զգալիորեն ավելի քիչ գազ, ընդամենը մի քանի Երկրի զանգված։ Այսպիսով նրանց զանգվածը չհասավ այդ սահմանին^{[111][112][113]}։ Արեգակնային համակարգի ձևավորման ժամանակակից տեսությունները ունեն որոշ բարդություններ Ուրանի և Նեպտունի ձևավորման բացատրության գործում։ Այս մոլորակները չափազանց խոշոր են այն հեռավորության համար, որտեղ նրանք գտնվում են։ Հնարավոր է, որ նրանք նախկինում եղել են ավելի մոտ տեղակայված Արեգակին, սակայն ինչ-որ պատճառներով փոխել են իրենց ուղեծրերը^[111]։ Չնայած, մոլորակային մոդելավորման նոր մեթոդները թույլ են տալիս ապացուցել, որ իրոք, Ուրանը և Նեպտունը կարող էին առաջանալ իրենց այսօրվա վայրերում, և նրանց չափերը կարելի է բացատրել Արեգակնային համակարգի առաջացման մոդելի շրջանակներում^[112].

Ուրանի համակարգում հայտնաբերվել են 27 բնական արբանյակներ^[113]։ Նրանց անվանուները ընտրվել են Ուիլյամ Շեքսպիրի և Ալեքսանդր Փոփի ստեղծագործության կերպարների անուններից^[57][114]։ Կարելի է առանձնացնել հինգ ամենախոշոր հիմնական արբանյակները՝ Միրանդա, Արիել, Ումբրիել, Տիտանիա և Օբերոն^[57]։ Որանի արբանյակների համակարգը զանգվածով ամենափոքրն է Արեգակնային համակարգի գազային հսկա մոլորակների միջև։ Նույնիսկ այդ բոլոր հինգ արբանյակների գումարային զանգվածը չի կազմում Նեպտունի արբանյակ Տրիտոնի զանգվածի կեսը^[7]։ Ուրանի արբանյակներից ամենամեծը, Տիտանիան, ունի ընդամենը 788,9 կմ շառավիղ, ինչը երկրային Լուսնի շառավղի կեսից քիչ է, չնայած այն ավելի մեծ է քան Ռեյաինը, Սատուրնի մեծությամբ երկրորդ արբանյակինը։ Բոլոր արբանյակները ունեն համեմատաբար ցածր ալբեդո՝ 0,20-ից Ումբրիելի մոտ մինչև 0,35 Արիելի մոտ^[83]։ Ուրանի արբանյակները կազմված են սառույցից և լեռնային ապարներից մոտավորապես 50 - 50 հարաբերությամբ։ Սառույցը կարող է իր մեջ պարունակել ամոնիակ և ածխաթթու գազ^[102][115]։ Արբանյակների միջև Արիելը, ամենայն հավանականությամբ ունի ամենաերիտասարդ մակերևույթը, ամենաքիչ խառնարաններով։ Ումբրիելի մակերևույթը, դատելով խառնարանների մեծ քանակից, ամենահինն է^[83][102]։ Միրանդայի վրա կան մինչև 20 կիլոմետր խորությամբ կիրճեր, սարավանդեր և քաոտիկ լանդշաֆտ^[83]։ Վարկածներից մեկը բացատրում է դա նրանով, որ Միրանդան բախվել է ինչ-որ երկնային մարմնի հետ, բաժանվել մասերի, իսկ հետո նորից միացել ձգողության ուժերի ազդեցությամբ^[102][116]։

Հայտնաբերումների ժամանակացույց

Ուրանի հետազոտությունները ավտոմատ միջմոլորակային կայաններով

1986 թվականին ՆԱՍԱ-ի «Վոյաջեր-2» ԱՄԿ-ն անցումային հետագծով հատեց Ուրանի ուղեծիրը և անցավ 81 500 կմ հեռավորության վրա մոլորակից։ Դա առայժմ միակ այցելությունն է Ուրանի համակարգ։ «Վոյաջեր-2» մեկնարկել էր 1977 թվականին, մինչև Ուրանի մոտով անցնելը այն հետազոտել էր Յուպիտերը և Սատուրնը (իսկ Ուրանից հետո, Նեպտունը)։ Սարքը իրականացրեց Ուրանի կառուցվածքի և մթնոլորտի կազմության ուսումնասիրություններ^[69], հայտնաբերեց 10 նոր արբանյակներ, հետազոտեց յուրահատուկ եղանակային պայմանները, որոնք առաջանում են 97,77° առանցքային շեղման հետևանքով, և հետազոտեց օղակների համակարգը^[83][117]։ Ինչպես նաև հետազոտվեց մագնիսական դաշտը և մագնիսոլորտի կազմությունը, հատկապես «մագնիսական պոչը»։ Հայտնաբերվեց ևս երկու նոր օղակ և լուսանկարվեցին 5 ամենամեծ արբանյակները^[83][102]։ Այս պահին ՆԱՍԱ-ն նախատեսում է արձակել նոր սարք 2020 թվականին՝ Uranus orbiter and probe:

168 գիտնականների խմբի կողմից Եվրոպական տիեզերական գործակալությանը առաջարկված նախագծով, նախատեսվում է ճանապարհորդություն դեպի արտաքին Արեգակնային համակարգ, որի վերջնական նպատակն է Ուրանը^[118]։ Առաքելությունը անվանվել է Uranus Pathfinder: Այն թույլ կտա ուսումնասիրել մոլորակի յուրօրինակ քիմիական կազմությունը, նրա օղակները և արբանյակները, ինչպես նաև բացահայտել մոլորակի մի քանի ամենակարևոր գաղտնիքները։ Այս առաքելությունը, իր հերթին, կնպաստի մեր գիտելիքների ավելացմանը Արեգակնային համակարգի մասին։Նախագծի ղեկավարը ասել է, որ այս առաքելության դրդապատճառն է հանդիսանում Արեգակնային համակարգի հսկայական արտաքին մասերի ուսումնասիրությունը, որոնց մասին մենք առայժմ շատ քիչ բան գիտենք։ Տիեզերանավի չափերից կախված առաքելությունը կարող է ձգվել 8-ից 15 տարի։ Նախագծի խումբը հույս ունի, որ Uranus Pathfinder-ը կարող է արձակվել 2021 թվականին^[119]։

• «Սեյլոր Մուն» մանգայում և անիմե-մուլտսերիալում Ուրան մոլորակը մարմնավորում է աղջիկ-զինվոր Սեյլոր Ուրանը, նույն ինքը Խարուկա Տենոն։ Նրա հարձակման ձևերն են երկրաշարժը, քամին և լույսը։
• Սերգեյ Պավլովի գիտաֆանտաստիկ «Լուսնային ծիածան» վեպում սյուժյի զարգացումը սկսվում է, երբ անբացատրելի պատահարներ են կատարվում Ուրանի արբանյակ Օբերոն ուղարկված արշավախմբերի հետ։
• Գեորգի Գուրևիչի «Արարման առաջին օրը» վիպակում մարդիկ կտրատում են Ուրանը, որպեսզի ստեղծեն մի քանի բնակելի մոլորակներ։

• Գազային հսկա