Атмосфера Урана - необычно спокойная по сравнению с атмосферами других планет-гигантов, даже по сравнению с Нептуном, который схож с Ураном и по составу, и по размерам. Когда «Вояджер-2» приблизился к Урану, то удалось заметить всего 10 полосок облаков в видимой части этой планеты. Такое спокойствие в атмосфере может быть объяснено чрезвычайно малым внутренним теплом. Оно гораздо меньше, чем у других планет-гигантов.

Изображение в естественных цветах (слева) и на более коротких волнах (справа), позволяющие различить облачные полосы и атмосферный «капюшон» (снимок «Вояджера-2»).

ПЛАНЕТА УРАН

    Снимки, сделанные «Вояджером-2» в 1986 году, показали, что видимое южное полушарие Урана можно поделить на две области: яркий «полярный капюшон» и менее яркие экваториальные зоны. Эти зоны граничат на широте -45°. Узкая полоса в промежутке между -45° и -50°, именуемая южным «кольцом», является самой заметной особенностью полушария и видимой поверхности вообще. «Капюшон» и кольцо, как полагают, расположены в интервале давления от 1,3 до 2 бар и являются плотными облаками метана.
    К сожалению, «Вояджер-2» приблизился к Урану во время «Южного полярного лета» и не смог зафиксировать северный полярный круг. Однако в начале XXI столетия, когда северное полушарие Урана удалось рассмотреть через космический телескоп «Хаббл» и телескопы обсерватории Кека, никакого «капюшона» или «кольца» в этой части планеты обнаружено не было. Таким образом, была отмечена очередная асимметрия в строении Урана, особенно яркого близ южного полюса и равномерно тёмного в областях к северу от «южного кольца».

Вояджер-2. Небольшое облако около лимба Урана. (темное пятно снизу это тень от пылинки на оптике)

ПЛАНЕТА УРАН

    Помимо крупномасштабной полосчатой структуры атмосферы, «Вояджер-2» отметил 10 маленьких ярких облачков, большая часть которых была отмечена в области нескольких градусов севернее «южного кольца»; во всех иных отношениях Уран выглядел «динамически мёртвой» планетой. Однако в 1990-х годах число зарегистрированных ярких облаков значительно выросло, причём большая их часть была обнаружена в северном полушарии планеты, которое в это время стало видимым. Первое объяснение этого (светлые облака легче заметить в северном полушарии, нежели в более ярком южном) не подтвердилось. В структуре облаков двух полушарий имеются различия: северные облака меньшие, более яркие и более чёткие. Судя по всему, они расположены на большей высоте. Время жизни облаков бывает самое разное - некоторые из замеченных облаков не просуществовали и нескольких часов, в то время как минимум одно из южных сохранилось с момента пролёта около Урана «Вояджера-2». Недавние наблюдения Нептуна и Урана показали, что между облаками этих планет есть и много схожего.

Первый атмосферный вихрь, замеченный на Уране. Телескоп Хаббл.

ПЛАНЕТА УРАН

    Хотя погода на Уране более спокойная, на нём, так же как и на Нептуне, были отмечены «тёмные пятна» (атмосферные вихри) - в 2006 году впервые в его атмосфере был замечен и сфотографирован вихрь.

Сравнение облачности на Уране и Нептуне, снимки телескопа Хаббл, 2004 г.

ПЛАНЕТА УРАН

    Отслеживание различных облаков позволило определить зональные ветры, дующие в верхней тропосфере Урана. На экваторе ветры являются ретроградными, то есть дуют в обратном по отношению к вращению планеты направлении, и их скорости (так как движение обратно вращению) составляют -100 и -50 м/с. Скорости ветров стремятся к нулю с увеличением расстояния от экватора вплоть до широты ±20°, где ветра почти нет. Ветра начинают дуть в направлении вращения планеты вплоть до полюсов. Скорости ветров начинают расти, достигая своего максимума в широтах ±60° и падая практически до нуля на полюсах. Скорость ветра на широте в -40° колеблется от 150 до 200 м/с, а дальше наблюдениям мешает «Южное кольцо», своей яркостью затеняющее облака и не позволяющее вычислить скорость ветра ближе к южному полюсу. Максимальная же скорость ветра, замеченная на планете, была зарегистрирована на северном полушарии на широте +50° и равняется более чем 240 м/с.

Зональные скорости облаков на Уране

ПЛАНЕТА УРАН

    В течение короткого периода с марта по май 2004 года в атмосфере Урана было замечено более активное появление облаков, почти как на Нептуне. Наблюдения зарегистрировали скорость ветра до 229 м/с (824 км/ч) и постоянную грозу, названную «фейерверком четвёртого июля». 23 августа 2006 года Институт исследования космического пространства (Боулдер, штат Колорадо, США) и Университет Висконсина наблюдали тёмное пятно на поверхности Урана, что позволило расширить знания о смене времён года на этой планете. Почему происходит такое повышение активности, точно неизвестно - возможно, «экстремальный» наклон оси Урана приводит к «экстремальным» же сменам сезонов. Определение сезонных вариаций Урана остаётся лишь делом времени, ведь первые качественные сведения о его атмосфере были получены менее чем 84 года назад («уранианский год» длится 84 земных года). Фотометрия, начатая примерно половину уранианского года назад (в 1950-е годы), показала вариации яркости планеты в двух диапазонах: с максимумами, приходящимися на периоды солнцестояний, и минимумами во время равноденствий. Подобная периодическая вариация была отмечена благодаря микроволновым измерениям тропосферы, начатым в 1960-е годы. Стратосферные температурные измерения, появившиеся в 1970-е, также позволили выявить максимумы во время солнцестояний (в частности, в 1986 году). Большинство этих изменений предположительно происходит из-за асимметрии планеты.

Уран, 2005 год. Видно «южное кольцо» и яркое облачко на севере.

ПЛАНЕТА УРАН

    Тем не менее, как показывают исследования, сезонные изменения на Уране не всегда зависят от факторов, указанных выше. В период своего предыдущего «северного солнцестояния» в 1944 году у Урана поднялся уровень яркости в области северного полушария - это показало, что оно не всегда было тусклым. Видимый, обращённый к Солнцу полюс во время солнцестояния набирает яркость и после равноденствия стремительно темнеет. Детальный анализ визуальных и микроволновых измерений показал, что увеличение яркости не всегда происходит во время солнцестояния. Также происходят изменения в меридианном альбедо.

1. ЮЖНОЕ ЛЕТНЕЕ СОЛНЦЕСТОЯНИЕ     В период солнцестояния мощные встречные течения препятствуют формированию погодных полос.     2. СЕВЕРНАЯ ВЕСНА     Когда Северное полушарие обращается к солнечному свету и начинает прогреваться, встречные течения ослабевают, и появляются погодные полосы.     3. РАВНОДЕНСТВИЕ     В этот период встречные течения полностью исчезают, главенствующее место занимают полосы облаков.     4. СЕВЕРНОЕ ЛЕТНЕЕ СОЛНЦЕСТОЯНИЕ     К периоду наступления летнего солнцестояния на севере встречные течения переносят тепло с севера на юг и вновь не дают образовываться погодным полосам.

ПЛАНЕТА УРАН

    Наконец, в 1990-е годы, когда Уран покинул точку солнцестояния, благодаря космическому телескопу «Хаббл» удалось заметить, что южное полушарие начало заметно темнеть, а северное - становиться ярче, в нём увеличивалась скорость ветров и становилось больше облаков, но прослеживалась тенденция к прояснению. Механизм, управляющий сезонными изменениями, всё ещё недостаточно изучен. Около летних и зимних солнцестояний оба полушария Урана находятся либо под солнечным светом, либо под тьмой открытого космоса.

ПОШАГОВЫЙ ОБЗОР     Уран перемещается по своей орбите от южного солнцестояния (I) с постепенной сменой условий в сторону северной весны (2) и достигает пика равноденствия (3) через 22 года. Еще через 22 года в Северном полушарии Урана наступает летнее солнцестояние (4).     Экстремальный наклон Урана стал причиной формирования уникальной погодной системы, в которой различные силы доминируют в разных точках в течение долгого года. В период летнего солнцестояния (в середине лета) в одном полушарии высотные метановые облака формируют шапку над полюсом, а турбулентные встречные течения переносят тепло от теплого полюса на более холодную ночную сторону планеты.     По одной из теорий, взаимодействие между этими течения и силами, возникающими в результате быстрого вращения планеты, препятствует формированию крупномасштабных погодных моделей. Поскольку планета продолжает свое движение по орбите, летнее полушарие рано или поздно переходит в осень, полярная шапка начинает блекнуть, встречные течения слабеют, и на передний план выходят сформированные под влиянием вращения планеты погодные модели, схожие с другими гигантами.

ПЛАНЕТА УРАН

    Прояснения освещённых солнцем участков, как предполагают, происходят из-за локального утолщения тумана и облаков метана в слоях тропосферы. Яркое кольцо на широте в -45° также связано с облаками метана. Другие изменения в южной полярной области могут объясняться изменениями в более низких слоях. Вариации изменения интенсивности микроволнового излучения с планеты, по всей видимости, вызваны изменениями в глубинной тропосферной циркуляции, потому что толстые полярные облака и туманы могут помешать конвекции. Когда близится день осеннего равноденствия, движущие силы меняются, и конвекция может протекать снова.