천왕성 (행성) : 특성, 구성, 궤도, 움직임 - 아르테 - 2025

천왕성 은 태양계에서 일곱 번째 행성이며 외부 행성 그룹에 속합니다. 토성의 궤도 너머 천왕성은 매우 드문 상황에서 육안으로 거의 보이지 않으며 어디를보아야 하는지를 알아야합니다.

이런 이유로 천문학 자 William Herschel이 1781 년 그가 만든 망원경으로 천왕성을 발견 할 때까지 고대인 ​​천왕성은 거의 보이지 않았습니다. 작은 청록색 점은 천문학자가 찾고 있던 것과 정확히 일치하지 않았습니다. Herschel이 원했던 것은 지구의 병진 운동으로 인한 항성 시차를 감지하는 것이 었습니다.

그림 1. 지구보다 14.5 배 더 큰 천왕성. 출처 : Pixabay.

이를 위해 그는 멀리 떨어진 별 (그리고 근처에있는 별)을 찾아서 두 곳에서 어떻게 보이는지 관찰해야했습니다. 그러나 1781 년 어느 봄 밤, Herschel은 다른 것보다 조금 더 밝게 빛나는 것처럼 보이는 작은 점을 발견했습니다.

얼마 지나지 않아 그와 다른 천문학 자들은 그것이 새로운 행성이라고 확신하게되었고 Herschel은 알려진 우주의 크기를 확장하여 행성의 수를 늘린 것으로 빠르게 유명해졌습니다.

Herschel이 그리스 또는 로마 신을 사용하는 것을 거부하고 대신 당시 영국 군주 인 George III를 기리기 위해 Georgium Sidu 또는 "Star of George"라는 이름을 지었기 때문에 새로운 행성은 즉시 그 이름을 얻지 못했습니다.

당연히이 옵션은 유럽 대륙의 일부 사람들이 좋아하지 않았지만 독일 천문학 자 Johannes Elert Bode가 하늘의 신이자 어머니 지구 인 Gaea의 남편 인 천왕성의 이름을 제안했을 때 문제가 해결되었습니다.

고대 그리스와 로마 신화에 따르면 천왕성은 토성 (크로 누스)의 아버지였으며, 토성 (크로 누스)은 목성 (제우스)의 아버지였습니다. 과학계는 마침내이 이름을 받아 들였습니다. 영국에서는 적어도 1850 년까지 행성이 계속해서 "조지의 별"이라고 불 렸습니다.

천왕성의 일반적인 특성

천왕성은 토성과 목성 다음으로 크기가 세 번째 인 태양계의 외부 행성 그룹에 속합니다. 그것은 해왕성과 함께 얼음 거인입니다. 그 구성과 많은 특성이 다른 두 거인 목성과 토성과 구별되기 때문입니다.

수소와 헬륨이 목성과 토성에서 우세한 반면 천왕성과 같은 얼음 거인은 산소, 탄소, 질소 및 황과 같은 더 무거운 원소를 포함합니다.

물론 천왕성에는 수소와 헬륨이 있지만 주로 대기에 있습니다. 또한 모든 것이 물로 만들어지는 것은 아니지만 얼음도 ​​포함하고 있습니다. 암모니아, 메탄 및 기타 화합물이 있습니다.

그러나 어쨌든 천왕성의 대기는 태양계에서 가장 추운 대기 중 하나입니다. 이 지역의 온도는 -224ºC에이를 수 있습니다.

이미지는 멀고 신비한 파란색 디스크를 보여 주지만 더 많은 눈에 띄는 특징이 있습니다. 그중 하나는 대기 중의 메탄으로 인해 적색광을 흡수하고 청색을 반사하는 정확히 청색입니다.

천왕성은 대기 중 메탄 가스로 인해 파란색으로 나타나며, 이는 적색광을 흡수하고 청색광을 반사합니다.

또한 천왕성은 다음과 같습니다.

-비대칭 배열의 자기장.

-수많은 달.

-토성보다 더 약한 고리 시스템.

그러나 확실히 가장 눈에 띄는 것은 완전히 기울어 진 회전축에 대한 역행 회전으로, 천왕성의 극이 다른 쪽의 적도가있는 곳에 위치하는 것처럼 마치 옆으로 돌고있는 것처럼 보입니다.

그림 2. 천왕성의 회전축의 기울기. 출처 : NASA.

그런데 그림 1이 암시하는 것과는 달리 천왕성은 평화 롭거나 단조로운 행성이 아닙니다. 영상을 획득 한 탐사선 보이저 (Voyager)는 드문 온난 한 날씨에 우연히지나 갔다.

다음 그림은 모든 행성 간의 글로벌 비교에서 98º에서의 천왕성 축의 기울기를 보여줍니다. 천왕성에서 적도보다는 먼 태양에서 가장 많은 열을받는 것은 극입니다.

그림 3. 태양계 행성의 회전축. 출처 : NASA.

행성의 주요 물리적 특성 요약

- 질량 : 8.69 x 10 ²⁵ kg.

- 라디오 : 2.5362 × 10 ⁴ km

-모양 : 평평하게.

-태양까지의 평균 거리 : 2.87 x 10 ⁹ km

- 궤도의 경사 : 황도면에 대해 0.77º.

-온도 : 약 -220 ~ -205.2 ºC 사이.

ᆞ 중력 : 8.69 m / s ²

-자기장 : 예.

-분위기 : 예, 수소 및 헬륨

ᆞ 밀도 : 1290 kg / m ³

-위성 : 현재까지 지정된 27 개.

-반지 : 예, 지금까지 약 13 개가 발견되었습니다.

번역 운동

천왕성은 큰 행성과 마찬가지로 태양 주위를 장엄하게 회전하며 한 궤도를 완료하는 데 약 84 년이 걸립니다.

그림 4. 태양 주위의 천왕성 궤도 (빨간색) 출처 : Wikimedia Commons. 원래 시뮬레이션 = Easy Java Simulation의 Todd K. Timberlake 작성자 = Francisco Esquembre / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)

천왕성의 궤도는 상당히 타원형이며 처음에는 1783 년 위대한 수학자 피에르 드 라플라스에 의해 뉴턴과 케플러의 법칙에서 계산 된 궤도와 약간의 불일치가있었습니다.

얼마 후, 1841 년 영국의 천문학자인 John Couch Adams는 이러한 불일치가 아직 보이지 않는 다른 행성에 의해 야기 된 교란 때문일 수 있다고 매우 정확하게 제안했습니다.

1846 년 프랑스의 수학자 우르 뱅 르 베리에 (Urbain Le Verrier)는 알려지지 않은 행성의 가능한 궤도 계산을 수정하여 베를린에있는 독일 천문학 자 요한 고트 프리드 갈레에게주었습니다. 해왕성은 프랑스 과학자가 지적한 장소에서 처음으로 망원경에 즉시 나타났습니다.

그림 5. 왼쪽에있는 Sir William Herschel (1738-1822)과 오른쪽에있는 Urbain Le Verrier (1811-1877). 출처 : Wikimedia Commons.

천왕성을 관찰하는시기와 방법

천왕성은 지구에서 너무 멀기 때문에 육안으로보기가 어렵습니다. 가장 밝았을 때 크기가 6이고 지름이 4 초 (목성은 가장 잘 볼 때 약 47º)입니다.

매우 맑고 어두운 하늘, 인공 조명이 없으며 어디를 볼지 미리 알면 육안으로 볼 수 있습니다.

그러나 천문학 팬들은 인터넷에서 찾을 수있는 천체 차트와 악기를 사용하여 천문을 찾을 수 있습니다. 이는 좋은 품질의 쌍안경 일 수도 있습니다. 세부 사항 없이도 여전히 파란색 점처럼 보입니다.

그림 6. 천왕성은 망원경과 스카이 차트의 도움으로 작은 파란색 점으로 볼 수 있습니다. 출처 : Pexels.

천왕성의 5 개 주요 위성을 보려면 큰 망원경이 필요합니다. 행성의 세부 사항은 최소 200mm의 망원경으로 관찰 할 수 있습니다. 더 작은 악기는 작은 녹색-파란색 원반 만 드러내지 만, 지금까지 멀리 떨어져있는 많은 경이로움을 감추고 있다는 것을 알기 때문에 그것을 보려고 노력할 가치가 있습니다.

천왕성의 고리

1977 년 천왕성은 별 앞을지나 숨겨 버렸다. 그 시간 동안 별은 은폐 전후에 몇 번 깜박였습니다. 깜박임은 고리의 통과로 인해 발생했으며 이러한 방식으로 세 명의 천문학자가 천왕성이 적도 평면에 위치한 9 개의 고리 시스템을 가지고 있음을 발견했습니다.

모든 외부 행성에는 고리 시스템이 있지만 토성의 고리의 아름다움을 능가하는 것은 없지만 천왕성의 고리는 매우 흥미 롭습니다.

Voyager 2 프로브는 더 많은 링을 발견하고 우수한 이미지를 얻었습니다. 2005 년에 허블 우주 망원경은 외륜 2 개를 더 발견했습니다.

천왕성의 고리를 구성하는 물질은 어둡고 탄소 함량이 높은 암석 일 수 있으며 가장 바깥 쪽 고리에만 먼지가 풍부합니다.

고리는 중력 작용이 모양을 결정하는 천왕성의 양치기 위성 덕분에 모양이 유지됩니다. 그들은 또한 매우 얇기 때문에 그들을 방목하는 위성은 아주 작은 달입니다.

링 시스템은 적어도 천문 시대의 관점에서 볼 때 다소 연약하고 내구성이 떨어지는 구조입니다.

고리를 구성하는 입자는 지속적으로 충돌하고 천왕성의 대기와의 마찰로 인해 입자가 분쇄되고 일정한 태양 복사로 인해 열화됩니다.

따라서 고리의 지속성은 소행성 및 혜성과의 충돌에 의한 인공위성의 조각화에서 오는 새로운 물질에 따라 달라집니다. 토성의 고리와 마찬가지로 천문학 자들은 그들이 최근에 왔으며 그 기원이 정확히 이러한 충돌에 있다고 믿습니다.

그림 7. 천왕성의 고리와 양치기 위성 사이에는 매우 밀접한 관계가 있습니다. 이것은 고리 시스템이있는 행성에서 일반적입니다. 출처 : Wikimedia Commons. Trassiorf / 퍼블릭 도메인.

회전 운동

천왕성의 모든 특징 중에서 이것은 가장 놀라운 것입니다. 왜냐하면이 행성은 역행 회전을 가지고 있기 때문입니다. 즉, 다른 행성 (금성 제외)과 반대 방향으로 빠르게 회전하며 한 번의 회전을하는 데 17 시간이 조금 넘게 걸립니다. 이러한 속도는 천왕성이 궤도를 이동할 때 측정되는 천왕성과 대조됩니다.

또한 그림 2의 애니메이션에서 볼 수 있듯이 회전축이 너무 기울어 져서 행성이 평평하게 회전하는 것처럼 보입니다. 행성 과학자들은 거대한 충격이 행성의 회전축을 현재 위치로 이동했다고 믿습니다.

그림 8. 천왕성 축의 역행 회전 및 기울기는 수백만 년 전에 발생한 엄청난 영향 때문입니다. 출처 : NASA.

천왕성의 계절

천왕성의 계절이 정말로 극단적이고 큰 기후 변화를 일으키는 것은이 독특한 성향 때문입니다.

예를 들어, 지점 동안 극 중 하나는 태양을 직접 가리키고 다른 하나는 공간을 가리 킵니다. 조명이 켜진 쪽의 여행자는 21 년 동안 태양이 뜨지도지는 않고 반대쪽 극이 어둠 속으로 떨어지는 것을 관찰 할 것입니다.

반대로 춘분에 태양은 행성의 적도에 있고 하루 종일 떠오르고지고 약 17 시간 동안 지속됩니다.

Voyager 2 탐사선 덕분에 천왕성의 남반구는 현재 겨울을 향해 가고 있고, 북쪽은 2028 년에 열릴 여름을 향해 가고있는 것으로 알려져 있습니다.

그림 9. 가상의 여행자가 본 천왕성의 계절적 변화. 출처 : Seeds, M. Solar System.

천왕성이 태양을 공전하는 데 84 년이 걸리고 지구에서 멀리 떨어져 있기 때문에 행성의 기후 변화 중 많은 부분이 아직 알려지지 않은 것으로 이해됩니다. 사용 가능한 데이터의 대부분은 앞서 언급 한 1986 년 보이저 임무와 허블 우주 망원경을 통해 이루어진 관측에서 나온 것입니다.

구성

천왕성은 가스 거인이 아니라 얼음 거인입니다. 특성 전담 섹션에서 천왕성의 밀도는 지구와 같은 암석 행성보다 낮지 만 물에 잘 뜰 수있는 토성의 밀도보다 더 크다는 것을 알 수 있었다.

실제로 목성과 토성의 대부분은 기체가 아닌 액체이지만 천왕성과 해왕성은 물뿐만 아니라 다른 화합물도 다량의 얼음을 포함하고 있습니다.

그리고 천왕성의 질량이 적기 때문에 액체 수소의 형성을 일으키는 압력, 그래서 목성과 토성의 특징은 그 내부에서 생성되지 않습니다. 수소가이 상태에있을 때, 그것은 금속처럼 행동하여이 두 행성의 강한 자기장을 일으 킵니다.

천왕성은 또한 자신의 자기장을 가지고 있으며, 그림 12에 다이어그램이 있지만 흥미롭게도 필드 라인은 지구의 경우와 같이 중심을 통과하지 않지만 그곳에서 옮겨진 다른 지점에서 시작되는 것처럼 보입니다.

따라서 천왕성의 대기에는 분자 수소와 헬륨이 있으며,이 화합물은 적색 파장을 흡수하기 때문에 청색을 담당하는 메탄이 적은 비율입니다.

그 자체로 행성의 몸은 얼음, 물뿐만 아니라 암모니아와 메탄으로 이루어져 있습니다.

지금은 중요한 세부 사항을 강조 할 때입니다. 행성 과학자들이 "얼음"에 대해 말할 때 그들은 우리가 그들을 식히기 위해 음료에 넣은 얼어 붙은 물을 말하는 것이 아닙니다.

얼어 붙은 거대 행성의 "얼음"은 적어도 수천도 이상의 높은 압력과 고온을 받고 있기 때문에 구성을 제외하고는 냉장고에 저장된 것과 공통점이 없습니다.

천왕성의 다이아몬드

메탄으로 다이아몬드를 생산할 수 있습니까? Helmholtz Zentrum Dresden-Rossendorf 실험실에서 독일에서 수행 된 실험실 연구에 따르면 적절한 압력과 온도 조건이있는 한 그렇습니다.

컴퓨터 시뮬레이션은 그 메탄 CH를 표시하도록 해당 조건 천왕성 안에 존재 ₄ 다른 화합물을 형성 해리한다.

메탄 분자에 존재하는 탄소는 침전되어 다이아몬드 이상으로 변합니다. 그들이 행성 내부로 이동함에 따라 결정은 마찰에 의해 열을 방출하고 행성의 핵심에 축적됩니다 (다음 섹션 참조).

이렇게 형성된 다이아몬드는 적어도 가까운 장래에 이것을 확인할 가능성은 없지만 최대 200kg에 달할 수 있다고 추정됩니다.

내부 구조

아래 다이어그램에는 천왕성과 그 레이어의 구조가 있으며, 그 구성은 이전 섹션에서 간략하게 언급되었습니다.

-상위 분위기.

-분자 수소와 헬륨이 풍부한 중간층은 총 대기 두께 약 7,500km입니다.

-얼음을 기반으로 한 맨틀 (우리가 이미 알고있는 지구상의 일반적인 얼음과 같지 않음), 두께 10,500km.

-반경 7,500km의 철, 니켈 및 규산염으로 만든 암석 코어.

핵의 "암석"물질은 지구상의 암석과도 다릅니다. 왜냐하면 지구의 중심부에있는이 "암석"이 우리가 알고있는 것과 닮기에는 압력과 온도가 너무 높기 때문입니다. 그러나 적어도 화학 성분은 다를 필요는 없습니다.

그림 10. 천왕성의 내부 구조. 출처 : Wikimedia Commons.

천왕성의 자연 위성

천왕성은 지금까지 27 개의 지정된 위성을 가지고 있으며,이 행성의 발견자인 William Herschel의 아들 인 John Herschel 덕분에 William Shakespeare와 Alexander Pope의 작품에 등장하는 인물의 이름을 따서 명명되었습니다.

망원경 관측으로 발견 된 5 개의 주요 위성이 있지만 물이 얼어 붙은 것으로 알려져 있지만 대기가없는 것은 없습니다. 이들의 결합 된 질량은 천왕성의 쌍둥이 행성 인 해왕성의 위성 중 하나 인 트리톤의 절반에 도달하지 못하기 때문에 모두 매우 작습니다.

이들 중 가장 큰 것은 Titania로, 직경이 달의 46 %이고 Oberon이 그 뒤를 잇습니다. 두 인공위성은 1787 년 William Herschel이 직접 발견했습니다. Ariel과 Umbriel은 19 세기 중반에 자신의 망원경을 만든 아마추어 천문학 자 William Lassell로부터 알려지게되었습니다.

달 직경의 14 %에 불과한 천왕성의 다섯 번째로 큰 위성 인 미란다는 20 세기에 Gerard Kuiper에 의해 발견되었습니다. 그건 그렇고,이 놀라운 천문학 자의 이름으로 카이퍼 벨트는 또한 태양계의 경계에서 세례를 받았습니다.

그림 11. 천왕성의 5 개 주요 위성, 행성 자체 및 작은 달 Puck. 왼쪽에서 오른쪽으로 파란색 천왕성, 퍽, 미란다, 아리엘, 움 브리 엘, 티타니아가 가장 크고 오베론. 출처 : Wikimedia Commons.

Miranda의 표면은 잠재적 인 영향과 비정상적인 지질 활동으로 인해 매우 튼튼합니다.

다른 위성은 더 작고 보이저 2와 허블 우주 망원경으로 알려져 있습니다. 이 달은 매우 어둡습니다. 아마도 표면의 물질을 증발시키고 집중시킨 수많은 충격 때문일 것입니다. 또한 그들이받는 강렬한 방사선 때문입니다.

그들 중 일부의 이름과 링 시스템을 유지하기위한 조치는 그림 7에 나와 있습니다.

천왕성의 위성의 움직임은 지구-달 시스템과 마찬가지로 조력에 의해 통제됩니다. 이런 식으로 위성의 회전 및 변환 기간은 동일하며 항상 행성에 대해 동일한 얼굴을 보여줍니다.

자기장

Voyager 2 탐사선의 자기 측정에 따르면 천왕성은 지구 강도의 약 75 %를 가진 자기장을 가지고 있습니다. 행성 내부가 금속 수소를 생성하는 데 필요한 조건을 충족하지 못하기 때문에 과학자들은 다른 전도성 유체가 있다고 믿습니다. 필드를 생성합니다.

다음 그림은 목성 행성의 자기장을 나타냅니다. 모든 필드는 중심에있는 막대 자석 또는 자기 쌍극자에 의해 생성 된 것과 어느 정도 비슷합니다.

그러나 천왕성의 쌍극자는 중심에 있지 않고 해왕성도 아닙니다. 천왕성의 경우에는 남극쪽으로 변위되고 회전축에 대해 현저하게 기울어집니다.

그림 12. 목성 행성의 자기장 회로도. 천왕성의 장은 중심에서 변위되고 축은 회전축과 날카로운 각도를 만듭니다. 출처 : Seeds, M. The Solar System.

천왕성이 자기장을 생성하면 움직이는 유체 덕분에 발전기 효과가 있어야합니다. 전문가들은 메탄과 암모니아가 용해 된 수역이라고 생각합니다.

천왕성 내부의 압력과 온도로 인해이 유체는 좋은 전기 전도체가 될 것입니다. 이 품질은 행성의 빠른 회전 및 대류에 의한 열 전달과 함께 자기장을 생성 할 수있는 요소입니다.

천왕성 임무

천왕성은 지구에서 매우 멀기 때문에 처음에는 망원경을 통해서만 탐사했습니다. 다행히 보이저 탐사선은 최근까지 알려지지 않은이 행성에 대한 귀중한 정보를 수집 할만큼 충분히 가까워졌습니다.

토성을 연구하기 위해 시작된 카시니 임무는 천왕성에 도달 할 수 있다고 생각했지만, 연료가 다 떨어지면 임무 책임자가 2017 년 토성 안에서 사라졌다.

탐사선에는 방사성 원소가 포함되어 있었는데,이 물질이 토성의 위성 중 하나 인 타이탄을 박살 내면이 세계를 오염시킬 수 있었는데, 아마도 일종의 원시 생명체를 품고있을 것입니다.

허블 우주 망원경은 또한 중요한 정보를 제공하고 2005 년에 새로운 고리의 존재를 밝혔습니다.

보이저 탐사 이후 화성 탐사와 목성 탐사가 전 세계 우주 기관의 우선 순위로 간주되기 때문에 수행 할 수없는 일부 탐사선이 제안되었습니다.

보이저

이 임무는 보이저 1 호와 보이저 2 호의 두 탐사선 발사로 구성되었습니다. 원칙적으로 그들은 목성과 토성에만 도달 할 것이었지만이 행성을 방문한 후 탐사선은 계속 얼음 행성으로 향했습니다.

보이저 2 호는 1986 년에 천왕성에 도달했으며 지금까지 우리가 가지고있는 많은 데이터는 그 탐사선에서 나왔습니다.

이런 식으로 대기의 구성과 층의 구조에 대한 정보를 얻고 추가 ​​고리를 발견하고 천왕성의 주요 위성을 연구하고 10 개의 위성을 더 발견하고 행성의 자기장을 측정했습니다.

그는 또한 충돌 분화구로 가득 찬 행성과 달 표면의 고품질 이미지를 많이 보냈습니다.

탐사선은 해왕성으로 향했고 마침내 성간 공간으로 들어갔다.

참고 문헌

1. N + 1. 200kg의 다이아몬드가 천왕성과 해왕성에 비가 내리고 있습니다. 출처 : nmas1.org.
2. Powell, M. 밤하늘의 육안 행성 (및 식별 방법). 출처 : nakedeyeplanets.com.
3. Seeds, M. 2011. 태양계. 제 7 판. Cengage 학습.
4. Wikipedia. 행성의 반지. 출처 : es.wikipedia.org.
5. Wikipedia. Anneaux d' Uranus. 출처 : fr.wikipedia.org.
6. Wikipedia. 천왕성 탐사. 출처 : en.wikipedia.org.
7. Wikipedia. 천왕성 (행성). 출처 : es.wikipedia.org.