Uranus

Uranus (symboli: tai ) on aurinkokunnan seitsemäs planeetta Auringosta lukien. Se on jättiläisplaneetta, planeetoista kooltaan kolmanneksi ja massaltaan neljänneksi suurin. Uranoksen mukaan nimetty planeetta on aurinkokunnassamme ainoana nimetty kreikkalaisen jumalan mukaan; kaikki muut on nimetty roomalaisten jumalien mukaan. Planeetalla on himmeä rengasjärjestelmä ja 29 tunnettua kuuta.
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 eli silikaatteja ja metalleja, jäätä eli vettä, metaania ja ammoniakkia sekä kaasuja eli vetyä ja heliumia. Näissä paineissa ja lämpötiloissa tuo 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 kilometriä 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 uusi planeetta, joka on löydetty vasta historiallisena aikana. Vaikka se näkyy juuri ja juuri paljain silminkin, sitä ei pitkään aikaan tunnistettu planeetaksi vaan sitä pidettiin tavallisena heikkovaloisena tähtenä. Varhaisin havainto, joka myöhemmin on varmuudella tunnistettu planeetta Uranukseksi, on kuitenkin vasta vuodelta 1690, kun John Flamsteed havaitsi sen ja merkitsi sen tähtiluetteloon nimellä "34 Tauri". 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.
On kuitenkin arveltu, että sen havaitsi jo Hipparkhos vuonna 128 eKr, ja että eräs Ptolemaioksen "Almagest"-teoksessa mainittu heikkovaloinen Neitsyen tähdistön tähti, "Virgo 17", olisikin ollut Hipparkhoksen havaitsema Uranus-planeetta.
Tavallisesti Uranuksen löytäjänä pidetään kuitenkin Sir William Herscheliä, joka löysi sen maaliskuussa 1781 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 nimeä Neptunus. 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 sen jälkeen kun Neptunus vuonna 1846 oli löydetty.
Herschellin löytöä edeltäneet lukuisat havainnot osoittautuivat pian hyödyllisiksi: niiden avulla planeetan rata voitiin määrittää tarkasti. Radan huomattiin kuitenkin poikkeavan lasketusta, ja häiriön aiheuttajaksi epäiltiin toistaiseksi tuntematonta ulompaa planeettaa. Näin tapahtumat johtivat lopulta Neptunuksen löytämiseen vuonna 1846.
Tutkimus.
"Pääartikkeli: Uranuksen 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 kaasukehää ja rengasjärjestelmää. Luotaimen lento ohi planeetan kesti vain hetken, viitisen tuntia. Suuri osa ihmiskunnan Uranusta koskevista tiedoista perustuu Voyager 2:n ohilentoon. Vuonna 2024 kävi ilmi, että tuolloiset mittaustulokset olivat johtaneet tutkijoita harhaan, koska Uranuksen lähelle iskeytyi vuoden 1986 alussa aurinkomyrsky, siis Auringon voimakas hiukkaspurkaus.
Vuoden 1986 aurinkotuuli vaikutti rajusti Uranuksen magnetosfääriin ja näin ollen myös ihmiskunnan arvioihin Uranuksesta ja sen kuista. Uranuksen kuut eivät ole niin steriilejä kuin on luultu, ja niissä on ehkä vulkaanisuutta. Lisäksi on mahdollista, että kuitten uumenista ja valtameristä voi myös ryöpsähtää jotain avaruuteen. Näin on myös muilla aurinkokuntamme kuilla. Jos kuut esimerkiksi ovat sittenkin suojassa avaruuden kovalta säteilyltä, voi kuissa ja niiden merissä piillä alkeellista elämää. Vuonna 2024 kerrottiin, että Nasa suunnittelee uutta lentoa Uranukseen.
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 kaarisekunnin laajuisena vihertävänä levynä. Lisää yksityiskohtia planeetan pinnasta paljastuu vain kaikkein tehokkaimmilla kaukoputkilla.
Kuut.
Uranuksella on 29 tunnettua kuuta. Kaksi suurinta kuuta, Titanian ja Oberonin, löysi Herschel 13. maaliskuuta 1787. William Lassell löysi Arielin ja Umbrielin vuonna 1851. William Herschelin poika John nimesi vuotta myöhemmin silloin tunnetut neljä kuuta. Seuraavan kuun, Mirandan, löysi Gerard Kuiper vuonna 1948. Voyager 2:n ohitus lisäsi tunnettujen kuiden määrää kymmenellä, ja myöhemmin löydettiin vielä yksi kuu lisää luotaimen vanhoja kuvia tutkimalla. Sen jälkeen lisää kuita on löydetty Maasta käsin kaukoputkilla: kaksi vuonna 1997, kolme vuonna 1999, kolme vuonna 2001, kolme vuonna 2003 ja yksi vuonna 2025. 1990-luvulla löytyneet kuut ovat pienikokoisia, ja osa niistä on todennäköisesti planeetan kiertoradalleen kaappaamia asteroideja, sillä ne kiertävät emäplaneettaansa kaukaisilla, epäsäännöllisillä ja retrogradisilla radoilla. On todennäköistä, että Uranuksella on lisää pieniä kuita yhä löytämättä.
Kuiden tiheys on noin 1,5–1,7 g/cm³, joten ne koostuvat puoliksi kivestä ja puoliksi jäästä. Useimmat kuista ovat hyvin tummia, erityisesti Umbriel, joka on yksi aurinkokunnan tummimmista kappaleista. Mirandassa on dramaattisia jälkiä geologisesta aktiivisuudesta, kuten valtavia kanjoneita ja jyrkänteitä, jotka ovat syntyneet törmäysten tai vuorovesivoimien seurauksena. Suurin kuista on Titania, joka lähes 1 600 kilometrin läpimitallaan on aurinkokunnan kahdeksanneksi suurin kuu. Uranuksen kaikki kuut on nimetty William Shakespearen ja Alexander Popen teoksissa esiintyvien henkilöhahmojen mukaan.
Renkaat.
Uranuksen rengasjärjestelmä löydettiin sattumalta vuonna 1977, kun James L. Elliot, Edward W. Dunham ja Douglas J. Mink tutkivat tähdenpeiton avulla Uranuksen kaasukehää Kuiperin ilmakuljetusobservatoriosta käsin. Käsitellessään havaintojensa tuloksia he huomasivat, että tähti oli kadonnut lyhyeksi aikaa viisi kertaa sekä ennen peittymistään Uranuksen taakse että sen jälkeen. Tuloksista pääteltiin renkaiden olemassaolo, joka varmistettiin visuaalisesti Voyagerin kuvista. Päärenkaita on yhteensä yhdeksän. Lisäksi Voyager löysi kaksi himmeämpää rengasta. Uloin ε-rengas on noin 40 kilometrin levyinen ja hyvin selvärajainen, sillä sen molemmin puolin kiertää kaksi paimenkuuta, Cordelia ja Ofelia. Kaikkien renkaiden paksuus on noin 100 metriä ja albedo vain noin 0,03. Renkaan kappaleet ovat pääasiassa useiden metrien kokoisia, eikä hienojakoista pölyä juurikaan ole.