Uranus

Rakenne

Uranuksen pieni tiheys (noin 1,3 kertaa veden tiheys) viittaa siihen että se koostuu vedystä, heliumista ja vedestä. Sillä ei ole kiinteää pintaa. 1990-luvulla jättiläisplaneetat jaettiin kaasujättiläisiin ja jääjättiläisiin. Uranus kuuluu jälkimmäisiin. Nimitys liittyy planeetan syntyhistoriaan, nykyisin siellä on hyvin vähän jäätä.  Itse planeetan massasta noin 20 % on vetyä, joten se eroaa selvästi kaasujättiläisistä, jotka ovat 90-prosenttisesti vetyä. Uranuksen kaasukehästä on vetyä noin 83 %, noin 15 % heliumia ja noin kaksi prosenttia metaania.
Uranuksen sisäosien rakenteesta on erilaisia malleja, mutta niissä kaikissa planeetta on nestemäinen ja sen neste vaihtuu vähitellen kaasuksi kaasukehän rajakerroksessa. Eri malleissa on eri suhteissa "kiveä" (silikaatteja ja metalleja), "jäätä" (vettä, metaania ja ammoniakkia sekä "kaasuja" (vetyä ja heliumia). Näissä paineissa ja lämpötiloissa "jää" on nestemäisessä muodossa.

Akselin kallistuma

Yksi Uranuksen silmiinpistävimmistä piirteistä on sen pyörähdysakselin poikkeuksellisen suuri kallistuma. Päivänseisausten aikaan toinen navoista osoittaa lähes kohti Aurinkoa. Akselin kallistuman yleisesti ajatellaan olevan 98 astetta, joten planeetan toinen puoli on puolet kiertoradasta Aurinkoon ja päinvastoin. Vaikka osan vuodesta Uranuksen napa-alueet saavat auringonvalosta enemmän energiaa kuin päiväntasaajan seutu, on päiväntasaaja toistaiseksi tuntemattomasta syystä napoja lämpimämpi. Voyager 2 -avaruusluotaimen ohittaessa planeetan sen pinnalla havaittiin vain hyvin heikkoja pilvimuodostumia. Hubble-avaruusteleskooppi havainnoidessaan planeettaa 1990-luvulla havaitsi voimakkaampia, vyöhykemäisiä pilvirakenteita Auringon lähestyessä päiväntasaajaa. Vuonna 2007 aurinko oli suoraan päiväntasaajan yläpuolella. Retrogradisesti nähtynä planeetan kallistuma on 82 astetta.
Syytä Uranuksen kallistumiseen ei varmuudella tunneta, mutta vallitsevana selityksenä on ollut esillä törmäys suuren protoplaneetan kanssa aurinkokunnan syntyvaiheessa. Kannatusta saanut ranskalaistutkija Alessandro Morbidellin teoria ehdottaa, että törmääjiä on täytynyt olla vähintään kaksi. Näin siksi, koska muutoin Uranuksen kuut olisivat jääneet kiertämään planeettaa vastakkaiseen suuntaan kuin mitä nykyään havaitsemme. Lähiaikoina planeettojen syntyä kuvaavia teorioita jouduttaneenkin tarkistamaan. Standarditeorian mukaan jättiläisplaneetat muodostuivat suhteellinen rauhaisissa olosuhteissa, kun taas nyt julkaistu tulos viittaa suurten planeettatörmäysten olleen aurinkokunnan alkuvaiheissa luultua yleisempiä.

Kaasukehä

Uranus näyttää turkoosin tai sinertävän väriseltä piirteettömältä kiekolta näkyvässä valossa. Uranuksen syaani väri johtuu kaasukehän metaanista, jota on siinä 2 %. Metaani sirottaa sinisen valon joka suuntaan ja imee punaisen. Uranuksen pinnasta tekee piirteettömän asetyleenistä ja etaanista koostuva savusumua eli smogia muistuttava utu. Asetyleeni ja etaani syntyvät auringonsäteilyn pommittaessa metaania ja hajottaessa metaanimolekyylejä. Hajonneet molekyylit yhdistyvät uudestaan isommiksi yhdisteiksi. Lämpötila on sekä päivä- että yöpuolella noin 55 kelviniä eli noin −218 °C. Uranuksen ilmakehän yläosa, stratosfääri, on viileämpi kuin Jupiterin tai Saturnuksen. Metaani muodostaa Uranuksen kaasukehään pilviä. Avaruusluotaimen väärävärikorostetussa kuvassa näkyy kymmenen sisäkkäistä ympyrää, pilvinauhaa, planeetan navan ympärillä. Korkeilla keskileveyksillä näkyy lämpökuvassa voimakas kirkas nauha ja toisella puolella tumma pitkulainen täplä kooltaan 1 700×3 000 km². 15–40 asteen leveyksillä näkyy lämpökuvassa 2–3 astetta viileämpi nauha. Uranuksen piirteettömyyden arvellaan johtuvan sisäisen lämmönlähteen heikkoudesta. Muilla planeetoilla sisäinen lämpö tuottaa planeetan kaasukehään pilvinauhoina näkyvää liikettä. Uranuksen kaasukehä on kylmimmillään planeetan tropopaussissa, jossa paine on 0,1 ilmakehää ja lämpötila 52 K.
Ylimmät pilvet ovat cirruspilviä, joista 20–30 km ylempänä on vielä utua. Pilvien huipun lämpötila on 59 K. Metaanipilviä on noin 60 km pilvien huipun alla noin 1,3 bar paineessa. Noin 80 K:n lämpötilaa vastaavassa korkeudessa metaanipilvien alla on luultavasti vetysulfidipilviä, jotka eivät näy pinnalle asti. Uranuksella on samat pilvikerrokset, ammoniakkipilviä ja muita, kuin Jupiterilla, mutta ne eivät näy ylempien pilvien takia. Uranuksen kaasukehän lämpötilakäyrä korkeuden mukaan muistuttaa Saturnuksen kaasukehän vastaavaa ollen yläosaltaan tropopaussin yllä viileämpi.

Magneettikenttä

Uranuksen magneettikenttä on voimakkaampi kuin Saturnuksella. Magneettikentän keskipiste ei sijaitse planeetan keskipisteessä, ja se on kallistunut 59° pyörähdysakselin suhteen. Uranuksenkin magneettikentän uskotaan aiheutuvan ionisoituneen aineen virtauksesta planeetan sisuksissa. Havaitun magneettisen akselin suuren poikkeaman pyörimisakselista on aiheuttanut todennäköisesti virtausliike melko matalalla pinnan alla. Myös monin tavoin Uranusta muistuttavan Neptunuksen magneettikentässä on havaittavissa vastaavanlainen ilmiö. Magneettikentän lähde on toistaiseksi tuntematon, sillä sähköä johtavan vesipitoisen vaipan olemassaolo on epävarma.
Yleisesti kuitenkin ajatellaan Uranuksen ja Neptunuksen tyyppisten planeettojen magneettikenttien syntyvän paineen takia ionisoituneen veden, ammoniakin ja metaanin virtauksissa. Nämä aineet hajoavat Uranuksen vaipan suurissa lämpötiloissa ja paineissa hydroksidi-ioneiksi, ammoniumioneiksi, hiileksi ja protoneiksi, jotka pystyvät virratessaan kuljettamaan sähköä. Hajonneet yhdisteet ovat ominaisuuksiltaan aivan erilaisia kuin ehjät. Ionisoitunut vesi muistuttaa sulaa suolaa, ja sillä on metallin ominaisuuksia. Uranuksen kierto itsensä ympäri aiheuttaa magneettikentän venymisen korkkiruuvimaiseksi kierteeksi planeetan taakse sen kiertäessä radallaan.

Löytö ja nimeäminen

Uranus oli ensimmäinen planeetta, jonka voidaan sanoa löytyneen. Vaikka se näkyy juuri ja juuri paljain silminkin, merkittiin kohde tähdeksi useilla ensimmäisillä havaintokerroilla. Varhaisin tällainen merkintä on vuodelta 1690, kun John Flamsteed luetteloi planeetan 34 Tauriksi. Flamsteed havaitsi Uranuksen myöhemmin vielä kaksi kertaa, vuosina 1712 ja 1715. James Bradley puolestaan näki planeetan 1748, 1750 ja 1753 sekä Tobias Mayer 1756. Pierre Charles Le Monnier ei osannut yhdistää kohteesta tekemiään lukuisia havaintoja. Hän havaitsi kohteen neljästi vuonna 1750, kahdesti 1768, kuudesti 1769 ja vielä kerran 1771.
Lopulta maaliskuussa 1781 Sir William Herschel löysi planeetan käytyään läpi taivasta uudella kaukoputkellaan. Hän huomasi kohteen, joka näytti tähteä suuremmalta. Hän ilmoitti sen kuitenkin aluksi komeetaksi. Saman vuoden elokuussa kohteen liikuttua tähtien suhteen suomalainen tähtitieteilijä Anders Johan Lexell laski kohteelle radan ja sai todeta Herschelin löytäneen uuden planeetan. Herschel nimesi sen Yrjön tähdeksi (Georgium sidus) silloisen Englannin kuninkaan Yrjö III:n kunniaksi muuttaen sen kuitenkin myöhemmin Yrjön planeetaksi. Nimestä ei koskaan tullut suosittua Englannin ulkopuolella; Jérôme Lalande ehdotti vuonna 1784 nimeä Herschel, jonka ranskalaiset tähtitieteilijät pian omaksuivat. Uppsalan yliopiston Erik Prosperin ehdotti nimiä Astraea, Cybele ja Neptunus, joista kaksi ensimmäistä ovat nykyisin asteroidien nimiä. Anders Johan Lexell puolestaan ehdotti Yrjö III:n Neptunusta ja Ison-Britannian Neptunusta, Daniel Bernoulli Hypercroniusta ja Transaturnista ja eräät muut Austräata ja Minervaa.
Johann Bode Berliner Astronomisches Jahrbuchin päätoimittajana päätyi tukemaan Uranusta planeetan nimeksi; Maximilian Hell yhtyi tähän käyttämällä nimeä ensimmäisessä efemeridissä, joka julkaistiin Wienissä. Nimen omaksuivat myös brittiläiset tähtitieteilijät; ja vuoden 1827 Royal Astronomical Societyn julkaisuissa Uranus oli jo selvästi yleisin planeetasta käytetty nimitys. Siitä huolimatta muutamat tahot Englannissa jatkoivat Georgium Sidus- tai the Georgian -nimen käyttöä, niistä viimeisimpänä kuninkaallinen merialmanakkatoimisto, joka siirtyi käyttämään nimeä Uranus vasta vuonna 1850.
Uranuksen löytöä edeltäneet lukuisat havainnot osoittautuivat pian hyödyllisiksi: niiden avulla planeetan rata voitiin laskea tarkasti. Radan huomattiin kuitenkin poikkeavan lasketusta, ja häiriön aiheuttajaksi epäiltiin toistaiseksi tuntematonta ulompaa planeettaa. Näin tapahtumat johtivat lopulta Neptunuksen löytämiseen vuonna 1846.

Tutkimus

Uranuksesta tiedettiin melko vähän ennen Voyager 2:n, ainoan planeettaa lähietäisyydeltä tutkineen avaruusluotaimen, ohitusta vuonna 1986. Lähimmillään planeettaa luotain oli 24. tammikuuta. Se havaitsi Uranuksen magneettikentässä muutoksia, joista pystyttiin laskemaan planeetan kiertoaika. Aiemmin kiertoaikaa ei tunnettu lainkaan, sillä sen pinnalta ei maasta käsin ollut havaittu lainkaan yksityiskohtia. Luotaimen ottamien kuvien avulla löydettiin myös kymmenen uutta kuuta. Lisäksi Voyager 2 tutki planeetan ilmakehää ja rengasjärjestelmää.
Hubble-avaruusteleskooppi havainnoi Uranusta ensimmäisen kerran vuonna 1994. Teleskoopin kuvien perusteella planeetan pilvivyöhykkeiden huomattiin voimistuneen; vuonna 1999 otetut kuvat paljastivat yhä kasvanutta aktiviteettia.
Uranus ei aina ole ollut 7. planeetta Auringosta. Tutkimusten mukaan vastasyntynyt Neptunus oli lähempänä Aurinkoa kuin Uranus. 650 miljoonaa vuotta muodostumisensa jälkeen planeetat kuitenkin vaihtoivat paikkaa. Tutkimuksessa tutkittiin planeettojen protoplanetaarisen kaasu- ja pölykiekon tiheyttä sekä planeettojen liikkeitä ja kokoa. Tutkijat pääsivät vastaukseen, että Neptunus on vaihdellut paikkaa Uranuksen puolelta toiselle.

Havaitseminen

Uranuksen näennäinen kirkkaus on 5,5–6,0, joten se on mahdollista nähdä paljain silmin himmeänä tähtimäisenä kohteena hyvissä havainto-olosuhteissa pimeällä ja selkeällä taivaalla. Kiikarilla planeetta erottuu jo selvästi, ja pienellä kaukoputkella se näkyy neljän kaariminuutin laajuisena vihertävänä levynä. Lisää yksityiskohtia planeetan pinnasta paljastuu vain kaikkein tehokkaimmilla kaukoputkilla.