Uranus

Tata nama

Pengucapan nama Uranus dalam bahasa Inggris yang disukai di antara para astronom adalah /ˈjʊərənəs/, dengan tekanan pada suku kata pertama seperti dalam bahasa Latin Ūranus; kontras dengan bahasa sehari-hari /jʊˈreɪnəs/, dengan tekanan pada suku kata kedua dan a panjang, meskipun dua-duanya dianggap dapat diterima. Karena pada daerah yang berbahasa Inggris, ū·rā′·nəs kedengaran seperti "your anus" ('anusmu'), ejaan sebelumnya juga menyembunyikan malu: seperti yang Dr. Pamela Gay, astronom di Southern Illinois University, sebutkan dalam siarannya, untuk menghindari "dikerjai oleh anak kecil sekolahan ... saat ragu-ragu, jangan menekankan apapun dan hanya katakan ūr′·ə·nəs. Dan merekapun lari dengan cepat."
Uranus merupakan satu-satunya planet yang namanya berasal dari tokoh dari mitologi Yunani bukan dari mitologi Romawi. Adjektif dari Uranus adalah "Uranian". Simbol astronomisnya adalah . Simbol itu merupakan gabungan dari simbol untuk Mars dan Matahari karena Uranus adalah Langit dalam mitologi Yunani, yang dianggap didominasi oleh gabungan kekuatan Matahari dan Mars. Simbol astrologisnya adalah , disarankan oleh Lalande tahun 1784. Dalam sebuah surat kepada Herschel, Lalande mendeskripsikannya sebagai "un globe surmonté par la première lettre de votre nom" ("sebuah globe yang diatasnya adalah huruf pertama namamu"). Dalam bahasa Cina, Jepang, Korea dan Vietnam, nama planet Uranus secara literal dialihbahasakan sebagai bintang raja langit (天王星).

Orbit dan rotasi

Uranus mengitari Matahari sekali dalam 84 tahun. Jarak rata-ratanya dari Matahari kira-kira 3 miliar km (sekitar 20 SA). Intensitas sinar Matahari di Uranus sekitar 1/400 yang ada di Bumi. Elemen orbitnya dihitung pertama kali tahun 1783 oleh Pierre-Simon Laplace. Dengan berjalannya waktu, perbedaan mulai terlihat antara orbit yang diprediksikan dan yang diamati dan pada tahun 1841, John Couch Adams pertama kali mengajukan bahwa perbedaan itu mungkin disebabkan sentakan gravitasi oleh sebuah planet yang tidak terlihat. Pada tahun 1845, Urbain Le Verrier mulai riset mandirinya sendiri tentang orbit Uranus. Pada 23 September 1846, Johann Gottfried Galle menemukan lokasi satu planet baru, yang kemudian diberinama Neptunus, hampir pada posisi yang diprediksikan oleh Le Verrier.
Periode rotasi interior Uranus adalah 17 jam, 14 menit. Akan tetapi, seperti semua raksasa gas lainnya, atmosfer atasnya mengalami angin badai yang sangat kuat pada arah rotasi. Akibatnya, pada beberapa garis lintang, seperti dua per tiga lintang dari khatulistiwa ke kutub selatan, fitur-fitur atmosfer itu yang tampak bergerak jauh lebih cepat, menjadikan rotasi penuhnya sekecil 14 jam.

Kecemerlangan

Dari tahun 1995 sampai 2006, magnitudo tampak Uranus berfluktuasi antara +5,6 dan +5,9; menempatkannya hampir pada batas daya lihat mata telanjang pada +6.5. Diameter angularnya antara 3,4 dan 3,7 detik busur, dibandingkan dengan 16 hingga 20 detik busur untuk Saturnus dan 32 sampai 45 detik busur untuk Jupiter. Saat oposisi, Uranus terlihat dengan mata telanjang dalam langit yang gelap dan tidak terpolusi cahaya dan menjadi sasaran yang mudah bahkan dalam kondisi perkotaan dengan teropong. Dalam teleskop amatir yang lebih besar dengan diameter lensa objektif antara 15 dan 23 cm, planet itu tampak sebagai piringan biru pucat dengan penggelapan tepi yang khas. Dengan teleskop besar yang ukurannya 25 cm atau lebih lebar, pola-pola awan, begitu pula beberapa satelit yang lebih besar, seperti Titania dan Oberon, mungkin juga kelihatan.

Struktur internal

Secara kasar Uranus massanya 14,5 kali massa Bumi, menjadikannya planet yang paling ringan di antara planet-planet raksasa, sementara itu kerapatannya 1,27 g/cm³ membuatnya planet paling tidak padat kedua setelah Saturnus. Meskipun bergaristengah sedikit lebih besar daripada Neptunus (kira-kira garis tengah Bumi), Uranus lebih ringan. Nilai ini menandakan bahwa ia terutama terdiri dari beragam es, seperti air, amonia dan metana. Massa total es di bagian dalam Uranus tidak diketahui secara tepat, dengan munculnya gambaran-gambaran berbeda tergantung dari model yang dipilih; namun pasti antara 9,3 dan 13,5 massa Bumi. Hidrogen dan helium hanya menyusun sebagian kecil dari keseluruhan, sebesar antara 0,5 dan 1,5 massa Bumi. Massa sisanya (0,5 hingga 3,7 massa Bumi) diperhitungkan untuk massa material batuan.
Model standar struktur Uranus adalah ia terdiri dari tiga lapisan: inti di bagian tengah, mantel ber-es di lapisan tengah dan selubung hidrogen/helium gas. Intinya relatif kecil, dengan massa hanya 0,55 massa Bumi dan jari-jari kurang dari 20 persen jari-jari Uranus; mantelnya merupakan bagian terbesar planet tersebut, dengan sekitar 13,4 massa Bumi, sementara itu atmosfer atas relatif kecil, dengan berat sekitar 0,5 massa Bumi dan meluas sampai 20 persen terakhir jari-jari Uranus. Inti Uranus kerapatannya sekitar 9 g/cm³, dengan tekanan di tengahnya 8 juta bar (800 GPa) dan suhu sekitar 5000 K. Mantel esnya nyatanya tidak terdiri dari es dalam pengertian pada umumnya, tetapi dari fluida panas dan rapat yang terdiri atas air, amonia dan volatil lain. Fluida ini, yang berdaya hantar listrik tinggi, kadang-kadang disebut lautan air–amonia. Komposisi terbesar Uranus dan Neptunus sangat berbeda dari Jupiter dan Saturnus, dengan es mendominasi atas gas, oleh karenanya memberi alasan klasifikasi mereka yang terpisah sebagai raksasa es.
Sementara model yang diperkirakan di atas lebih atau kurang standar, ia tidaklah unik; model-model lain juga sesuai dengan pengamatan. Contohnya, jika jumlah substansial hidrogen dan materi batuan bercampur dalam mantel es, massa es total di interior akan lebih kecil dan begitu pula, massa batuan total akan lebih besar. Data yang ada sekarang tidak memungkinkan sains menentukan model mana yang benar. Struktur interior fluida Uranus berarti bahwa ia tidak memiliki permukaan padat. Atmosfer gasnya sedikit demi sedikit berganti menjadi lapisan cairan internal. Namun, demi kemudahan, sebuah bola pepat yang berevolusi ditetapkan di titik dimana tekanan sama dengan 1 bar (100 kPa), dibuat secara kondisional sebagai suatu ‘permukaan’. Uranus mempunyai jari-jari ekuator dan kutub masing-masing 25 559 ± 4 dan 24 973 ± 20 km. Permukaan ini akan digunakan di seluruh artikel ini sebagai titik nol untuk ketinggian.

Panas internal

Panas internal Uranus tampak lebih rendah daripada planet raksasa lain; dalam istilah astronomi, fluks panasnya rendah. Penyebab begitu rendahnya suhu internal Uranus masih tidak diketahui secara pasti. Neptunus, yang hampir merupakan kembaran Uranus dalam hal ukuran dan komposisi, meradiasikan sebanyak 2,61 kali energi yang diterimanya dari Matahari ke angkasa. Di sisi lain, Uranus hampir tidak meradiasikan panas berlebih sama sekali. Daya total yang diradiasikan oleh Uranus dalam bagian inframerah jauh dari spektrum adalah 1,06 ± 0,08 kali energi Matahari yang diserap dalam atmosfernya. Kenyataannya, fluks panas Uranus hanya 0,042 ± 0,047 W/m², yang lebih rendah daripada panas internal Bumi yang sekitar 0,075 W/m². Suhu terendah yang tercatat di tropopause Uranus adalah 49 K (−224 °C),menjadikan Uranus sebagai planet terdingin dalam Tata Surya.
Hipotesis dari perbedaan ketidaksesuaian ini di antaranya bahwa saat Uranus "dipukul" oleh penabrak yang sangat berat yang menyebabkan kemiringan sumbunya yang ekstrem, peristiwa itu juga menyebabkan keluarnya sebagian besar panas primordialnya, meninggalkannya dengan suhu intinya yang sangat menurun. Hipotesis lain adalah bahwa beberapa bentuk penghalang ada di lapisan atas Uranus yang mencegah panas inti mencapai di permukaan. Contohnya, konveksi mungkin berlangsung pada sekumpulan lapisan yang komposisinya berbeda, yang menghalangi penghantaran panas ke atas.

Atmosfer

Meskipun tidak ada permukaan padat yang terdefinisi dengan jelas dalam interior Uranus, bagian terluar dari selimut gas Uranus yang dapat diakses oleh penginderaan jauh disebut atmosfernya. Kemampuan penginderaan jauh berlanjut ke bawah hingga kira-kira 300 km di bawah level 1 bar (100 kPa), dengan tekanan yang bersesuaian sekitar 100 bar (10 MPa) dan suhu 320 K. Korona yang tipis atmosfer itu meluas jauh hingga lebih dari dua jari-jari planet dari permukaan nominal pada tekanan 1 bar. Atmosfer Uranian dapat dibagi menjadi tiga lapisan: troposfer, antara ketinggian −300 dan 50 km dan tekanan dari 100 sampai 0,1 bar; (10 MPa sampai 10 kPa), Stratosfer, kisaran ketinggiannnya antara 50 dan 4000 km dan tekanan antara 0,1 and 10–10 bar (10 kPa to 10 µPa) dan termosfer/korona yang meluas dari 4.000 km hingga setinggi 50.000 km dari permukaan. Mesosfer tidak ada.

Komposisi

Komposisi atmosfer Uranian berbeda dari komposisi Uranus secara keseluruhan, ia terutama terdiri dari hidrogen molekuler dan helium. Fraksi mol helium, yaitu jumlah atom helium per molekul gas, adalah 0,15 ± 0,03 di troposfer atas, yang bersesuaian dengan fraksi massa 0,26 ± 0,05. Nilai ini sangat dekat dekat fraksi massa helium protosolar 0,275 ± 0,01, menandakan bahwa helium tidak pernah berada di tengah-tengah planet seperti halnya pada raksasa-raksasa gas. Penyusun yang paling melimpah ketiga dari atmosfer Uranian adalah metana (CH₄). Metana memiliki pita penyerapan yang kuat pada cahaya tampak dan dekat-inframerah membuat Uranus tampak berwarna hijau-biru atau sian. Molekul metana menempati 2,3% atmosfernya dalam fraksi mol di bawah lapisan awan metana pada level tekanan 1,3 bar (130 kPa); ini menyatakan kira-kira 20 hingga 30 kali limpahan karbon yang ditemukan di Matahari. Rasio pencampuran  jauh lebih rendah di atmosfer atas dikarenakan suhunya yang sangat rendah, yang menurunkan level kejenuhan dan menyebabkan metana yang berlebih membeku. Kelimpahan senyawa yang kurang volatil seperti amonia, air dan hidrogen sulfida pada atmosfer yang dalam tidak begitu diketahui. Namun, mungkin nilainya juga lebih tinggi daripada yang ada di Matahari. Selain metana, sejumlah kecil berbagai hidrokarbon ditemukan di stratosfernya Uranus, yang diperkirakan dihasilkan dari metana oleh fotolisis yang diinduksi oleh radiasi ultraviolet Matahari. Mereka termasuk etana (C₂H₆), asetilena (C₂H₂), metilasetilena (CH₃C₂H), diasetilena (C₂HC₂H). Spektroskopi juga mengungkapkan jejak-jejak uap air, karbon monoksida dan karbon dioksida di atmosfer atas, yang hanya dapat berasal dari sumber luar seperti debu yang jatuh dan komet.

Troposfer

Troposfer adalah bagian atmosfer terbawah dan paling rapat dan bercirikan dengan turunnya suhu bersama dengan naiknya ketinggian. Suhu menurun dari sekitar 320 K di dasar troposfer nominal pada −300 km hingga 53 K pada 50 km. Suhu di daerah atas terdingin dari troposfer (tropopause) sebenarnya bervariasi dalam kisaran antara 49 dan 57 K bergantung pada ketinggian di planet. Daerah tropopause bertanggungjawab bagi kebanyakan pancaran inframerah jauh panas planet itu dan oleh karenanya menentukan suhu efektif 59,1 ± 0,3 K.
Troposfernya dipercaya memiliki struktur awan yang sangat kompleks; awan air dihipotesiskan terletak dalam kisaran tekanan 50 sampai 100 bar (5 sampai 10 MPa), awan amonium hidrosulfida dalam kisaran 20 sampai 40 bar (2 sampai 4 MPa), awan amonia atau hidrogen sulfida antara 3 dan 10 bar (0,3 to 1 MPa) dan terakhir awan metana tipis yang terdeteksi langsung pada 1 sampai 2 bar (0,1 sampai 0,2 MPa). Troposfer Uranus merupakan bagian atmosfernya yang sangat dinamis, menunjukkan angin yang kuat, awan yang cerah dan perubahan musim, yang akan dibahas di bawah.

Atmosfer atas

Lapisan tengah atmosfer Uranian adalah stratosfer, dimana suhu umumnya naik sesuai dengan naiknya ketinggian dari 53 K di tropopause sampai antara 800 dan 850 K di dasar termosfer. Pemanasan stratosfer disebabkan oleh penyerapan radiasi UV dan inframerah Matahari oleh metana dan hidrokarbon lain, yang terbentuk di bagian atmosfer ini sebagai hasil dari fotolisis metana. Panas juga dihantarkan dari termosfer yang panas itu. Hidrokarbon menempati lapisan yang relatif sempit pada ketinggian antara 100 dan 280 km yang bersesuaian dengan kisaran tekanan 10 hingga 0,1 mbar (1000 hingga 10 kPa) dan suhu antara 75 dan 170 K. Hidrokarbon yang paling melimpah adalah metana, asetilena dan etana dengan rasio pencampuran sekitar 10⁻⁷ relatif pada hidrogen. Rasio pencampuran karbon monoksida sama pada ketinggian-ketinggian ini. Hidrokarbon yang lebih berat dan karbon dioksida rasio pencampurannya sebesar tiga kali lebih rendah. Rasio kelimpahan air adalah sekitar 7×10⁻⁹. Etana dan asetilena cenderung berkondensasi bagian bawah stratosfer dan tropopause yang lebih dingin (di bawah level 10 mBar) membentuk lapisan kabut, yang mungkin sebagian bertanggungjawab bagi penampilan Uranus yang biasa. Akan tetapi, konsentrasi hidrokarbon di stratosfer Uranian di atas kabut tersebut rendah sekali dibandingkan dengan konsentrasi pada stratosfer planet raksasa lain.
Lapisan terluar atmosfer Uranian adalah termosfer dan korona, yang suhunya seragam sekitar 800 hingga 850 K. Sumber panas yang diperlukan untuk mempertahankan nilai sedemikian tidak dimengerti, karena baik radiasi UV jauh dan UV ekstrem maupun aktivitas aurora tidak dapat memberi energi yang diperlukan. Efisiensi pendinginan yang lemah itu yang diakibatkan kurangnya hidrokarbon di stratosfer di atas level tekanan 0,1 mBar mungkin juga ikut menyebabkannya. Selain hidrogen molekuler, termosfer-korona mengandung bagian besar atom hidrogen. Massa mereka yang kecil bersama dengan suhu yang tinggi menjelaskan mengapa korona itu meluas sejauh 50 000 km atau dua jari-jari Uranian dari planet itu. Korona yang meluas ini merupakan fitur Uranus yang unik. Efeknya termasuk gaya hambat terhadap partikel kecil yang mengorbit Uranus, secara umum menyebabkan berkurangnya debu pada cincin Uranian. Termosfer Uranian, bersama dengan bagian atas stratosfer, bersesuaian dengan ionosfer Uranus. Pengamatan menunjukkan bahwa ionosfer tersebut berada pada ketinggian dari 2 000 sampai 10 000 km. Ionosfer Uranian lebih rapat daripada ionosfer Saturnus maupun Neptunus, yang mungkin muncul dari konsentrasi rendah dari hidrokarbon di stratosfer. Ionosfer itu dipertahankan terutama oleh radiasi UV Matahari dan kerapatannya bergantung pada aktivitas Matahari. Aktivitas Aurora di sini kecil dibandingkan dengan pada Jupiter dan Saturnus.

Cincin planet

Uranus mempunyai sistem cincin planet yang rumit, yang merupakan sistem demikian yang kedua yang ditemukan di Tata Surya setelah cincin Saturnus. Cincin-cincin tersebut tersusun dari partikel yang sangat gelap, yang beragam ukurannya dari mikrometer hingga sepersekian meter. Tiga belas cincin yang berbeda saat ini diketahui, yang paling terang adalah cincin ε (epsilon). Semua cincin Uranus (kecuali dua) sangat sempit—umumnya mereka lebarnya beberapa kilometer. Cincin tersebut mungkin cukup muda; pertimbangan dinamis menandakan bahwa mereka tidak terbentuk bersamaan dengan pembentukan Uranus. Materi di cincin-cincin itu mungkin dulu adalah bagian dari satu (atau beberapa) satelit yang terpecah oleh tubrukan berkecepatan tinggi. Dari banyak pecahan-pecahan yang terbentuk sebagai hasil dari tabrakan itu hanya beberapa partikel yang bertahan dalam jumlah terbatas zona stabil yang bersesuaian dengan cincin yang ada sekarang.
William Herschel mendeskripsikan cincin yang mungkin ada di sekitar Uranus pada 1789. Penampakan ini umumnya dianggap meragukan, karena cincin-cincin itu cukup redup dan pada dua abad berikutnya tak satupun yang diketahui oleh pengamat lain. Namun Herschel masih membuat deskripsi akurat tentang ukuran cincin epsilon, sudut relatifnya terhadap Bumi, warna merahnya dan perubahannya yang tampak bersamaan dengan Uranus mengitari Matahari. Sistem cincin itu benar-benar ditemukan pada 10 Maret 1977 oleh James L. Elliot, Edward W. Dunham dan Douglas J. Mink menggunakan Kuiper Airborne Observatory. Penemuan itu merupakan keberuntungan; mereka berencana menggunakan okultasi bintang SAO 158687 oleh Uranus untuk mempelajari atmosfer planet itu. Akan tetapi, saat pengamatan mereka dianalisis, mereka menemukan bahwa bintang itu telah menghilang sebentar dari pandangan lima kali sebelum dan sesudah ia tidak tampak di balik planet itu. Mereka menyimpulkan bahwa pasti ada suatu sistem cincin di sekitar planet tersebut. Kemudian mereka mendeteksi empat cincin tambahan. Cincin-cincin itu langsung dicitrakan saat Voyager 2 lewat dekat Uranus pada 1986. Voyager 2 juga menemukan dua cincin tambahan yang tampak redup sehingga total jumlahnya menjadi sebelas.
Pada Desember 2005, Teleskop angkasa Hubble mendeteksi sepasang cincin yang sebelumnya tidak diketahui. Yang terbesar terletak pada dua kali jarak cincin yang telah diketahui dari planet itu. Cincin-cincin baru ini begitu jauh dari planet tersebut hingga mereka disebut sistem cincin "luar". Hubble juga melihat dua satelit kecil yang salah satunya, Mab, berbagi orbit dengan cincin terluar yang baru ditemukan. Cincin-cincin baru ini membuat jumlah keseluruhan cincin Uranian menjadi 13. Pada April 2006, gambar cincin baru tersebut dengan Observatorium Keck menghasilkan warna cincin-cincin luar: yang terluar biru dan yang lainnya merah. Satu hipotesis mengenai warna biru cincin luar tersebut adalah bahwa ia terdiri atas partikel kecil air es dari permukaan Mab yang cukup kecil untuk menghamburkan cahaya biru. Kontras dengan itu, cincin-cincin dalam planet itu tampak abu-abu.

Medan magnet

Sebelum kedatangan Voyager 2, tidak ada pengukuran magnetosfer Uranian yang dilakukan, sehingga sifatnya tetap jadi misteri. Sebelum tahun 1986, para astronom telah memperkirakan medan magnet Uranus segaris dengan angin surya , maka karenanya ia akan segaris dengan kutub planet itu yang terletak di ekliptika.
Pengamatan Voyager' mengungkapkan bahwa medan magnet Uranus aneh, baik karena ia tak berasal dari pusat geometrik planet tersebut dan karena ia miring 59° dari poros rotasi. Faktanya dwikutub magnetiknya bergeser dari tengah planet itu ke kutub rotasi selatan sejauh sepertiga radius planet itu. Geometri yang tidak biasa ini menyebabkan magnetosfer yang sangat tidak simetris, dimana kuat medan magnet pada permukaan di belahan selatan dapat serendah 0,1 gauss (10 µT), sedangkan di belahan utara kuatnya dapat setinggi 1,1 gauss (110 µT). Medan rata-rata di permukaan adalah 0,23 gauss (23 µT). Sebagai perbandingan, medan magnet Bumi kuatnya kira-kira sama pada kedua kutub dan "ekuator magnetik"nya kira-kira sejajar dengan ekuator geografisnya. Momen dipol Uranus 50 kali momen dipol Bumi. Neptunus juga punya medan magnetik yang bergeser dan miring, menyarankan bahwa ini mungkin fitur umum raksasa es. Satu hipotesis ialah bahwa, tidak seperti medan magnet planet kebumian dan raksasa gas, yang dibangkitkan dalam inti mereka, medan magnet raksasa es dibangkitkan oleh gerakan pada kedalaman yang relatif dangkal, contohnya, di lautan air–amonia.
Meskipun penjajarannya mengundang keingintahuan, dalam segi lain magnetosfer Uranian mirip seperti planet lain: ia memiliki kejutan busur yang berlokasi 23 radius Uranian darinya, magnetopause pada 18 jari-jari Uranian, ekor magnetofer yang terbentuk penuh, serta sabuk radiasi. Secara keseluruhan, struktur magnetosfer Uranus berbeda dari Jupiter dan lebih mirip dengan Saturnus. Ekor magnetosfer Uranus memanjang di balik planet itu ke luar angkasa sejauh jutaan kilometer dan terpuntir oleh rotasi menyamping planet itu menjadi seperti pembuka tutup botol yang panjang.
Di magnetosfer Uranus terdapat partikel bermuatan: proton dan elektron dengan sejumlah kecil ion H₂⁺. Tidak ada ion yang lebih berat yang terdeteksi. Banyak partikel ini mungkin berasal dari korona atmosfernya yang panas. Energi ion dan elektron masing-masing bisa setinggi 4 dan 1,2 megaelektronvolt. Kerapatan ion berenergi rendah (di bawah 1 kiloelektronvolt) di magnetosfer dalam adalah sekitar 2 cm⁻³. Populasi partikel ini sangat dipengaruhi oleh satelit-satelit Uranus yang melalui magnetosfer itu meninggalkan celah-celah yang dapat diketahui. Fluks partikelnya cukup tinggi untuk menyebabkan penggelapan atau pencuacaan angkasa dari permukaan satelit dalam skala waktu yang secara astronomis cepat 100.000 tahun. Ini mungkin penyebab dari warna satelit-satelit dan cincin-cincinnya yang gelap seragam. Uranus mempunyai aurora yang terbentuk dengan baik, yang terlihat sebagai busur yang terang di sekitar kedua kutub magnetik. Namun, tidak seperti pada Jupiter, Uranus auroranya tampak tidak penting bagi keseimbangan energi termosfer planetnya.

Iklim

Pada panjang gelombang ultraviolet dan cahaya tampak, atmosfer Uranus tampak biasa sekali dibandingkan dengan raksasa gas lain, bahkan dengan Neptunus, yang sangat mirip dengannya dari segi lain. Saat Voyager 2 terbang mendekati Uranus pada 1986, ia mengamati total 10 fitur awan di seluruh bagian planet itu. Satu penjelasan yang diajukan atas kurangnya fitur ini adalah bahwa panas internal Uranus tampak jelas lebih rendah daripada panas internal planet-planet raksasa lain. Suhu terendah yang tercatat di tropopause Uranus adalah 49 K, menjadikan Uranus planet terdingin dalam Tata Surya, lebih dingin daripada Neptunus.

Struktur berpita, angin dan awan

Pada 1986 Voyager 2 menemukan bahwa belahan selatan Uranus yang terlihat dapat dibagi menjadi dua daerah: kap kutub yang terang dan pita ekuator yang gelap (lihat gambar di kanan). Perbatasan mereka terletak pada sekitar −45° garis lintang. Suatu pita sempit yang menempati kisaran garis lintang dari −45 sampai −50° merupakan fitur besar paling terang pada permukaan kentara planet Uranus. Ia disebut "kerah" selatan. Kap dan kerah tersebut diduga sebagai daerah yang rapat dari awan metana yang terletak dalam kisaran tekanan 1,3 sampai 2 bar (lihat atas). Namun sayang Voyager 2 tiba selama tinggi musim panas planet itu dan tidak bisa mengamati belahan utara. Akan tetapi, pada permulaan abad kedua puluh satu, saat daerah kutub utara terlihat, Teleskop angkasa Hubble dan Keck tidak mengamati ada kerah maupun kap di belahan utara. Jadi Uranus kelihatannya asimetris: terang dekat kutub selatan dan gelap seragam di daerah di utara kerah selatan. Selain struktur berpita skala besar, Voyager 2 mengamati sepuluh awan terang kecil, kebanyakan letaknya beberapa derajat ke utara dari kerah itu. Dalam semua segi lain Uranus terlihat seperti planet yang mati dinamis pada tahun 1986.
Namun pada tahun 1990-an, jumlah fitur awan terang yang teramati meningkat pesat sebagian karena teknik pencitraan resolusi tinggi yang baru menjadi tersedia. Mayoritas mereka ditemukan di belahan utara Uranus saat ia mulai kelihatan. Penjelasan mula-mula—bahwa awan-awan terang itu lebih mudah diidentifikasi di bagian gelap planet tersebut, sedangkan di belahan selatan kerah terangnya menutupi mereka—ditunjukkan tidak benar: banyak sebenarnya fitur-fitur itu memang meningkat pesat. Namun, ada perbedaan antara awan-awan di tiap belahan planet itu. Awan-awan di utara lebih kecil, lebih tajam dan lebih terang. Tampaknya mereka terletak pada tempat yang lebih tinggi. Awan-awan itu masa hidupnya beragam. Beberapa awan kecil bertahan beberapa jam, sementara sedikitnya satu awan selatan mungkin telah ada sejak terbang dekatnya Voyager. Pengamatan terbaru juga menemukan bahwa fitur awan di Uranus punya banyak persamaan dengan yang ada di Neptunus. Sebagai contoh, bintik-bintik gelap yang umum terdapat di Neptunus tidak pernah diamati di Uranus sebelum tahun 2006, saat fitur demikian yang pertama dicitrakan. Diperkirakan bahwa Uranus menjadi lebih mirip Neptunus selama musim ekuinoksnya.
Pelacakan banyak fitur-fitur awan memungkinkan penentuan angin zona yang berhembus di troposfer atas Uranus. Di ekuator arah angin adalah retrograd, yang artinya bahwa mereka berhembus ke arah sebaliknya dari rotasi planet itu. Kecepatan mereka dari −100 hingga −50 m/s. Kecepatan angin meningkat dengan jarak dari ekuator, mencapai nilai nol pada garis lintang dekat ±20°, dimana suhu troposfer minimum berada. Dekat kutub-kutubnya, angin berganti arahnya menjadi prograd, mengalir searah dengan rotasi planetnya. Kecepatan angin terus meningkat mencapai nilai maksimanya pada garis lintang ±60° sebelum jatuh ke nol di kutub. Kecepatan angin pada garis lintang −40° berkisar dari 150 hingga 200 m/s. Karena kerah di situ mengaburkan semua awan di bawah paralel itu, kecepatan yang ada di antaranya dan kutub selatan tidak mungkin diukur. Kontras dengan itu, di belahan utaranya kecepatan angin maksimum setinggi 240 m/s diamati dekat garis lintang +50°.

Variasi musim

Untuk periode singkat dari Maret hingga Mei 2004, sejumlah awan besar muncul di atmosfer Uranian, memberinya penampilan yang mirip Neptunus. Pengamatan-pengamatan termasuk kecepatan angin pemecah rekor 229 m/s (824 km/jam) badai petir yang bertahan lama yang disebut sebagai "Fourth of July fireworks" ("kembang api empat Juli") . Pada tanggal 23 Augustus, 2006, peneliti-peneliti di Space Science Institute (Boulder, CO) dan University of Wisconsin mengamati sebuah bintik gelap di permukaan Uranus, memberi para astromon pengetahuan lebih terhadap aktivitas atmosfer planet tersebut. Sebab kenaikan aktivitas secara tiba-tiba ini mesti terjadi tidak sepenuhnya diketahui, tetapi tampak bahwa kemiringan sumbu Uranus yang ekstrem menyebabkan variasi musim yang ekstrem pada cuacanya. Menentukan sifat variasi musim ini adalah sulit karena data yang baik tentang atmosfer ini telah ada kurang dari 84 tahun, atau satu tahun Uranian penuh. Sejumlah penemuan telah dibuat. Fotometri selama masa setengah tahun Uranian (mulai pada tahun 1950-an) menunjukkan variasi yang beraturan dalam kecerahan pada dua pita spektrum, dengan nilai maksimal terjadi saat soltis dan nilai minimal saat ekuinoks. Variasi periodik yang mirip, dengan nilai maksimal saat soltis, telah diketahui dalam pengukuran gelombang mikro dari troposfer dalam yang dimulai tahun 1960-an. Pengukuran suhu stratosfer yang dimulai tahun 1970-an juga menunjukkan nilai minimum dekat soltis 1986. Mayoritas variabilitas ini dipercaya terjadi karena perubahan dalam geometri pengamatan.
Akan tetapi ada beberapa alasan untuk dipercaya bahwa perubahan-perubahan musim fisik terjadi di Uranus. Sementara planet tersebut diketahui memiliki daerah kutub selatan yang terang, kutub utaranya cukup redup, yang tidak cocok dengan model perubahan iklim yang diuraikan di atas. Selama solstis utara sebelumnya tahun 1944, Uranus menampilkan kenaikan tingkat kecemerlangan, yang menyarankan bahwa kutub utara tidaklah selalu gelap sekali. Informasi ini menandakan bahwa kutub yang terlihat menjadi terang pada suatu waktu sebelum solstis dan mejadi gelap setelah ekuinoks. Analisis terperinci data cahaya tampak dan gelombang mikro mengungkapkan bahwa perubahan terang yang berkala itu tidak sepenuhnya simetris di sekitar waktu solstis, yang juga menandakan suatu perubahan pada pola-pola albedo meridional. Akhirnya pada 1990-an, bersamaan dengan Uranus meninggalkan solstisnya, Teleskop Hubble dan teleskop permukaan Bumi mengungkapkan bahwa kap kutub selatan menjadi gelap dengan jelas (kecuali kerah selatan, yang tetap terang), sementara belahan utaranya menunjukkan aktivitas yang meningkat, seperti pembentukan awan dan angin yang lebih kencang, menguatkan perkiraan bahwa ia akan segera menjadi terang.
Mekanisme perubahan-perubahan fisik itu masih tidak jelas. Berdekatan dengan solstis musim panas dan musim dingin, belahan-belahan Uranus terletak secara bergantian pada penyinaran penuh Matahari atau menghadap angkasa jauh. Menjadi terangnya belahan yang disinari Matahari itu dipekirakan hasil dari penebalan lokal awan dan kabut metana yang terletak troposfer. Kerah yang terang pada garis lintang −45° juga berhubungan dengan awan-awan metana. Perubahan-perubahan lain di daerah kutub selatan dapat dijelaskan oleh perubahan-perubahan pada lapisan awan rendah. Variasi pancaran gelombang mikro dari planet itu mungkin disebabkan oleh suatu perubahan pada sirkulasi troposfer dalam, karena awan dan kabut yang tebal mungkin menghambat konveksi. Sekarang dengan sedang tibanya ekuinoks musim semi dan musim gugur di Uranus, dinamikanya juga berubah dan konveksi dapat berlangsung lagi.

Pembentukan

Banyak yang berargumen bahwa perbedaan antara raksasa es dengan raksasa gas berlanjut pada pembentukan mereka. Tata Surya dipercaya terbentuk dari bola gas dan debu raksasa yang berotasi yang dikenal sebagai nebula pramatahari. Sebagian besar gas nebula itu, terutama hidrogen dan helium, membentuk Matahari, sementara butiran debu berkumpul bersama membentuk protoplanet pertama. Saat planet-planet tersebut tumbuh, beberapa dari mereka akhirnya mengumpulkan cukup materi untuk gravitasi mereka untuk menarik gas nebula itu yang ditinggalkan. Semakin banyak gas yang mereka tarik, mereka menjadi semakin besar; semakin besar mereka, semakin banyak gas yang mereka tarik sampai titik kritis tercapai dan ukuran mereka mulai meningkat secara eksponensial. Raksasa-raksasa es, dengan gas nebular hanya bermassa beberapa kali Bumi, tidak pernah mencapai titik kritis itu. Simulasi terbaru migrasi planet menyarankan bahwa kedua raksasa es itu terbentuk lebih dekat kepada Matahari daripada posisi mereka sekarang dan bergerak ke arah luar setelah pembentukannya, satu hipotesis yang terperinci dalam model Nice.

Satelit

Uranus memiliki 27 satelit alam yang telah diketahui. Nama bagi satelit-satelit ini dipilih dari karakter karya Shakespeare dan Alexander Pope. Lima satelit utamanya adalah Miranda, Ariel, Umbriel, Titania dan Oberon. Sistem satelit Uranian adalah yang paling kurang masif di antara raksasa gas; memang, massa gabungan kelima satelit utamanya itupun hanya kurang dari setengah massa Triton. Satelit yang terbesar, Titania, radiusnya hanya 788,9 km, atau kurang dari setengah jari-jari Bulan, tetapi sedikit lebih besar daripada Rhea, satelit kedua terbesar Saturnus, menjadikan Titania satelit berukuran terbesar kedelapan dalam Tata Surya. Satelit itu memiliki albedo yang relatif rendah; berkisar dari 0,20 untuk Umbriel hingga 0,35 untuk Ariel (dalam cahaya hijau). Satelit itu merupakan kumpulan es-batu yang kira-kira terdiri lima puluh persen es dan lima puluh persen batu. Es itu mungkin termasuk amonia dan karbon dioksida.
Di antara satelit-satelit itu, Ariel tampak memiliki pemukaan termuda dengan kawah tabrakan paling sedikit, sedangkan Umbriel tampaknya yang tertua. Miranda memiliki ngarai patahan sedalam 20 kilometer, lapisan-lapisan berpetak dan variasi yang kacau dalam umur dan fitur permukaan. Aktivitas geologis Miranda pada masa lalu dipercaya didorong oleh pemanasan pasang-surut pada suatu ketika saat orbitnya lebih eksentrik daripada sekarang, mungkin hasil dari resonansi orbital dengan Umbriel yang dulu ada. Proses perenggangan yang diasosiasikan dengan diapir yang naik mungkin merupakan asal dari korona-korona yang mirip 'lintasan balap' di satelit itu. Sama dengan itu, Ariel dipercaya pernah berada dalam resonansi 4:1 dengan Titania.

Eksplorasi

Pada 1986, wahana Voyager 2 milik NASA mengunjungi Uranus. Kunjungan ini adalah satu-satunya usaha untuk menginvestigasi planet itu dari jarak dekat dan tidak ada kunjungan lain yang direncanakan untuk saat ini. Diluncurkan pada tahun 1977, jarak Voyager 2 paling dekat ke Uranus pada tanggal 24 Januari 1986, berada dalam 81 500 kilometer puncak awan planet tersebut, sebelum melanjutkan perjalanannya menuju Neptunus. Voyager 2 mempelajari struktur dan komposisi kimia atmosfernya, menemukan 10 satelit dan mempelajari cuaca unik planet itu yang disebabkan kemiringan sumbunya yang 97,77°; dan memeriksa sistem cincinnya. Ia juga mempelajari medan magnetnya, struktur tidak beraturannya, kemiringannya dan ekor magnetosfer "pembuka tutup botol"nya yang unik yang disebabkan orientasi Uranus yang menyamping. Ia melakukan investigasi terperinci pertama dari lima satelit terbesarnya dan mempelajari semua cincin sistem itu yang diketahui yang banyaknya sembilan dan menemukan dua cincin yang baru.