كوكب اورانوس3

الغلاف الجوي

يعرف السطح الاسمي لجرم غازي بأن النقطة التي يكون عندها الضغط مساوي لـ 1 بار ويستخدم هذا التعريف كنقطة الصفر لقياس الارتفاع.[6] مع أنه لا يُوجد سطح صلب حقيقيّ ضمن باطن كوكب أورانوس، فطبقته السطحية الغازية القابلة للرصد من الخارج (دون الاضطرار إلى إدخال مسابير أو ما شابه إلى باطن الكوكب نفسه بسبب حجب الطبقات السطحية للرؤية) تسمى عموماً بـ"الغلاف الجوي".[10] يَظل الرصد الخارجيّ مُمكناً حتى انخفاض 300 كم تقريباً تحت مستوى الضغط الجوي 1 بار ضمن جو أورانوس، وعند هذا المستوى الذي تنتهي عنده إمكانية الرصد يَصل الضغط إلى حوالي 100 بار والحرارة إلى 320 ك.[51] وتمتد هالة الغلاف الجوي الرقيقة بشكل مدهش لمسافة تتجاوز ضعفي قطر الكوكب نفسه إذا افترض أنه يَنتهي عند مستوى ضغط 1 بار.[52] يُمكن تقسيم الغلاف الجوي لأورانوس إلى ثلاث طبقات: التروبوسفير تمتد بارتفاع من -300 إلى 50 كم والضغط فيها يتراوح من 100 إلى 0.1 بار. والطبقة الثانية هي الستراتوسفير وتمتد من ارتفاع 50 إلى 4000 كم والضغط فيها 0.1 إلى 10–10 بار والطبقة الثالثة هي الثيرموسفير ويمتد الغلاف الجوي فيها من 4,000 إلى 50,000 كم من السطح المُفترض.[10]
[عدل] التركيب

يختلف تركيب الغلاف الجوي لأورانوس عن باقي الكواكب، على الرغم من أنه يتكون من مركبين أساسيين هما الهيدروجين والهيليوم.[10] حيث يكون الكسر المولي للهيليوم هو عدد ذرات الهيليوم ضمن كل جزيء من الغاز ويساوي على أورانوس 0.15 ± 0.03 0.15 ± 0.03[53] والذي يُقابله في الطبقات العليا هو كسر كتلي بمقدار 0.26 ± 0.05.[10][49] وهذه القيمة قريبة إلى الكسر الكتلي للنجم الأولي والذي يساوي 0.275 ± 0.01,[54] ويعني هذا أن الهيليوم لم يستقر في مركز الكوكب كما هو معروف في العمالقة الغازية.[10] كما أن الشئ الشاذ الآخر هو احتواءه على الميثان (CH4).[10] حيث يمتلك الميثان مجالات امتصاص عالية للأشعة المرئية والأشعة القريبة من تحت الحمراء مما يجعل لون أورانوس سماوياً.[10] يشكل الميثان نسبة 2.3% من الغلاف الجوي مع تواجد كسر مولي بنسبة أقل تحت سطح سحب الميثان عند الضغط 1.3 بار، ليشكل هذا ما نسبته من 20-30% من نسبة الكربون المتوافر في الشمس.[10][55][56] تكون نسبة المزج لجزيئات الهيدروجين أقل في الطبقات العليا بسبب درجة الحرارة المنخفضة، مما يقلل من مستوى التشبع ويسبب زيادة في تجمد الميثان الخارج.[57] ومن غير المعروف وفرة بعض المواد المتطايرة بما في ذلك الأمونيا والماء وكبريتيد الهيدروجين في عمق الغلاف الجوي، لكن من المرجح أن وجودها ذو تركيز أعلى من باقي المجموعة الشمسية.[10][58] وجدت كميات من أنواع مختلفة من الهيدروكربونات في الستراتوسفير، ويعتقد أنه نتجت بسبب التحلل الضوئي للميتان بالأشعة فوق البنفسجية. كما يتضمن الغلاف الجوي كلاً من الإيثان والأسيتيلين والبروبين والبوتادين.[57][59][60] كما كشف التحليل الطيفي وجود كميات من بخار الماء وأول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون في أعلى الغلاف الجوي، ويمكن أن تنشأ هذه المركبات من مصادر خارجية كسقوط الغبار والمذنبات.[59][60][61]
[عدل] التربوسفير
توزع الحرارة في طبقة التربوسفير والطبقة السفلية من السترابوسفير، كما أنها تتضمن الغيوم والضباب.

طبقة التربوسفير هي أدنى وأكثف طبقة من طبقات الغلاف الجوي.[10] وتتميز بتناقص درجة الحرارة مع الارتفاع. فتسقط درجة الحرارة من 320 كلفن عند قاعدة طبقة التربوسفير الاسمية عند الارتفاع -300 كم إلى 53 كلفن عند ارتفاع 50 كم.[51][56] في الواقع تتغير درجة الحرارة عند أعلى ارتفاع لهذه الطبقة من 57 كلفن إلى 49 كلفن تبعاً لخط العرض.[10][48] وتكون طبقة التربوسفير المسؤولة بشكل رئيسي عن انبعاثات الكوكب الحرارية من الإشعة تحت الحمراء. وبذلك تتحدد درجة الحرارة الفعالة 59.1 ± 0.3 كلفن .[48][49]

ويعتقد أن هذه الطبقة تمتلك سحب ذات تركيب معقد، فيفترض وجود سحب من الماء عند منطقة ضغط تتراوح ما بين 50 و 100 بار، وكذلك سحب من بيكبريتيد الأمونيوم في منطقة ضغط تتراوح ما بين 40 و 20 بار، وسحب من الأمونيا كبريتيد الهيدروجين في منطقة الضغط ما بين 10 إلى 3 بار، وأخيراً تتواجد سحب الميثان عند الضغط من 2 إلى 1 بار.[10][55][51][62] وتعتبر طبقة التربوسفير جزء حيوي هام من الغلاف الجوي، فتوجد رياح قوية وسحب براقة.[13]
[عدل] الغلاف الجوي العلوي

يعرف الغلاف الجوي المتوسط لأورانوس باسم ستراتوسفير، حيث تزداد درجة الحرارة تدريجياً مع الارتفاع. فتكون درجة الحرارة 53 كلفن في المنطقة الفاصلة ما بين تروبوسفير والستراتوسفير. وتصل هذه الحرارة إلى ما بين 800 و 850 كلفن في بداية طبقة الثيرموسفير.[52] والسبب الراجع لهذه الزياد مع الارتفاع تعود لامتصاص الميثان الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية الشمسية من قبل غاز الميثان وهيدروكربونات أخرى،[63] والذي نتج في هذا الجزء من الغلاف بسبب عملية التحليل الضوئي للميثان.[63] تتواجد الهيدروكربونات في طبقة رقيقة على ارتفاع من 100 إلى 300 كم والموافقة لضغط من 10 إلى 0.1 بار ودرجة حرارة من 75 إلى 175 كلفن.[64] النسبة الأكبر من الهيدركربونات هي عبارة عن مزيج من الميثان والإستيلين والإيثان حيث تبلغ نسبة الهيدركربونات 10−7 من نسبة الهيدروجين. اما نسبة أول أكسيد الكربون فهي مشابه عند هذا الارتفاع.[57][59] بينما نسبة الهيدركربونات الأثقل وثاني أكسيد الكربون أقل بثلاث مرات مما هي عليه للهيدركربونات الاخف وأول أكسيد الكربون. بينما نسبة الماء حوالي 7*10−9 من نسبة الهيدروجين.[57][59][61] يميل الإيثان والإستيلين إلى التكاثف في المناطق ذات الحرارة الأدنى في السترابوسفير والمنطقة الحدية ما بين السترابوسفير والتربوسفير مما يؤدي إلى تشكل طبقة ضبابية،[63] على أي حال يكون تركيز الهيدركربونات فوق طبقة الضباب أقل مما هي عليه في السترابوسفير باقي الكواكب العملاقة.[57][65]

تتألف الطبقة الخارجية من الغلاف الجوي لأورانوس من الثرموسفير والهالة. وتكون درجة الحرارة غير متجانسة وتتراوح ما بين 800-850 كلفن.[10][65] وحتى الآن من غير المفهوم مصادر الطاقة اللازمة للحفاظ على هذه القيمة العالية، حيث لاتكفي الأشعة الفوق بنفسجية الشمسية والأشعة فوق البنفسجية الخارجية والنشاط الشفقي بتزويد هذا النشاط الحراري. ويمكن أن يساهم فقدان الفعالية التبريدية للهيدروكربونات في طبقات الستراتوسفير ذات الضغط الأقل من 0.1 ميلي بار.[52][65] بالإضافة إلى دور ذرات الهيدروجين، حيث تحوي الثيرموسفير والكرونات على ذرات هيدروجين حرة. حيث أن كتلتها الصغيرة مع درجة الحرارة العالية تفسر سبب امتداد الهالة إلى ما يساوي ضعفي نصف قطر أورانوس أو 50000 كم من أورانوس.[52][65] وهذه الهالة ميزة فريدة لكوكب أورانوس.[65] ويتضمن تأثيرها علىمقاومة الجزيئات الصغير التي تدور حول أورانوس مما يسبب استنزاف الغبار في حلقات أورانوس.[52] تشكل الطبقة العليا من الستراتوسفير مع طبقة الثيرموسفير الغلاف المتأين لأورانوس.[56] وتقبع طبقة الغلاف المتأين على ارتفاع من 2000 إلى 10000 كم.[56] طبقة الغلاف المتأين لأورانوس أكثف مما هي لنبتون وزحل، والتي من الممكن أنها نشأت بسبب التركيز المنخفض للهيدروكربونات في الستراتوسفير.[65][66] يتناسب الغلاف المتأين مع الأشعة الفوق بنفسجية الشمسية والتي بدورها تتناسب كثافتها مع النشاط الشمسي.[67] أما نشاط ظاهرة الشفق فهي كبيرة مقارنة مع نظيرتها في المشتري وزحل.[65][68]
[عدل] حلقات أورانوس
حلقات أورانوس الداخلية. تظهر الحلقة إبسلون وهي أكثر الحلقات سطوعاً، إضافة لثمان حلقات أخرى.
حلقات أورانوس

يملك أورانوس نظام حلقات كامل، وبذلك يعتر النظام الحلقي لأورانوس ثاني نظام حلقي يكتشف في النظام الشمسي بعد زحل.[69] وتتركب الحلقات من مواد مظلمة تقريباً، والتي تختلف بالحجم وتتنوع من أحجام ميكروية إلى أحجام تصل إلى أجزاء مترية.[12] وقد تم اكتشاف ثلاثة عشر حلقة متمايزة حتى الآن. وأكثر هذه الحلقات لمعاناً هي الحلقة إبسلون (ε). وجميع حلقات أورانوس باستثناء حلقتين متقاربين جداً حيث يصل عرضهم لبضع كيلومترات. يعتقد أن هذه الحلقات حديثة النشأة، حيث تشير الاعتبارات الديناميكة إلى عدم نشوء هذه الحلقات مع نشوء أورانوس. ويعتقد أن المواد ضمن الحلقات نشأت من تحطم قمر (أو أقمار)لأورانوس نتيجة اصطدام عالي السرعة. حافظت عدد قليل من الجزيئات من بين العدد الهائل الناتج عن التحطم على وجودها في منطقة مستقرة مشكلة حلقات الكوكب.[69][70]

وصف ويليام هيرشيل من خلال رصده احتمال وجود حلقات حول هذا الكوكب. إلا أن الرؤوية في ذلك الوقت كان مشكوك فيها. ولم يرصد أحد آخر هذه الحلقات في القرنين التاليين. ومع ذلك وصف هيرشيل وصفاً دقيقاً للحلقة إبسلون من حيث لونها الأحمر وحجمها وزاويتها النسبية للأرض وتعير مظهرها مع دوران أورانوس حول الشمس.[71][72] وقد أعلن عن تمييز حلقات أورانوس في سنة 1977 على يد العلماء جايمس إيليوت وإدوارد دونهم ودوغلاس مينك مستخدمين مرصد كايبر المحمول جواً، وقد كان هذا الاكتشاف مصادفة، حيث كان من المخطط دراسة الغلاف الجوي لأورانوس عبر احتجاب النجم SAO 158687 بأورانوس. فقد لاحظوا اختفاء النجم لفترات وجيزة قبل وبعد احتجابه بأورانوس، ليستنتجوا أنه لابد من وجود نظام حلقات حول أورانوس تسبب بالاختفاءات القصيرة للنجم.[73] وكشفوا في وقت لاحق عن أربع حلقات أخرى حول أورانوس.[73] وقد تم تصوير الحلقات بشكل مباشر عندما حلق المسبار فوياجر 2 في سنة 1986.[12] كما اكتشف فوياجر 2 حلقتين أخريتين رقيقتين ليصبح العدد الكلي للحلقات المكتشفة حتى ذلك الوقت أحد عشر حلقة.[12]

أُكتشف بواسطة مرصد هابل الفضائي سنة 2005 حلقتين لم تكونا معروفتين في السابق. وتقع الحلقة الأكبر على بعد ضعفي المسافة عن أورانوس من الحلقات السابقة. تقع هاتين الحلقتين بعيداً جداً عن الكوكب لذلك دعيتا بالحلقات الخارجية. كما اكتشف المرصد قمرين صغيرين أحدهما هو القمر ماب والذي يتشارك في مداره مع مدار الحلقة الأبعد من الحلقتين المكتشفتين حديثاً. ليصل عدد الحلقات المكتشفة إلى ثلاثة عشر حلقة.[74] أظهرت صور ملتقطة بواسطة مرصد كيك في سنة 2006 ألوان الحلقتين الجديدتين، فالحلقة الأبعد زرقاء اللون والأخرى حمراء.[75][76] وإحدى الفرضيات لتفسير اللون الأزرق للحلقة الأبعد تفرض وجود جزيئات دقيقة من جليد الماء ناتجة من القمر ماب وهي صغيرة بما فيه الكفاية لتبعثر الضوء الأزرق.[75][77] وفي المقابل أقرب حلقات أورانوس تظهر بلون رمادي