Úranus

Úranus er sjöunda reikistjarnan frá sólu og sú þriðja stærsta. Úranus er örlítið stærri að þvermáli en Neptúnus en ögn efnisminni. Þessar tvær reikistjörnur eiga margt sameiginlegt og eru oft flokkaðar sem vatns- eða ísrisarnir í sólkerfinu, á meðan Júpíter og Satúrnus eru hinir eiginlegu gasrisar. Þessu ræður fimbulkuldinn yst í sólkerfinu en sökum hans eru ýmsar gastegundir í föstu eða á fljótandi formi.

Úranus var guð eða persónugervingur himinsins í grískum trúarbrögðum. Úranus var fyrsti æðsti guðinn, sonur og maki Gaju, en þau voru foreldrar kýklópanna og títananna. Úranus var faðir Krónosar (Satúrnusar) og afi Seifs (Júpíters).

Úranus hefur tvö tákn. Annað þeirra er blanda af táknum Mars og sólarinnar þar sem Úranus var guð himinsins í grískri goðafræði og sagður sameina krafta Mars og sólar. Hitt táknið kemur frá franska stjörnufræðingnum Jérôme Lalande, vini Williams Herschel. Í bréfi til Herschels segir Lalande að táknið sé hnöttur, fastur við fyrsta stafinn í nafni hans.

Í kínversku, japönsku, kóresku og víetnömsku þýðir nafn reikistjörnunnar bókstaflega stjarna himnakonungsins.

Uppgötvun

Úranus er nógu björt til að sjást með berum augum – rétt svo – en enginn virðist hafa tekið eftir henni reika meðal stjarnanna fyrr á tímum. Úranus hafði raunst sést mörgum sinnum áður en menn alltaf talið hana fastastjörnu.

Aðfaranótt 13. mars, 1781, beindi ensk-þýski tónlistar- og stjörnuáhugamaðurinn William Herschel 15 cm heimasmíðuðum spegilsjónauka til himins frá heimili sínu í Bath á Englandi. Herschel var sjálfmenntaður stjörnuáhugamaður og var því ekki kunnugt um getgátur sem uppi voru um „týndar reikistjörnur". Áhugi Herschels beindist fyrst og fremst að kortlagningu himinsins og þegar hann sá Úranus í fyrsta sinn var hann að að kynna sér fastastjörnur himinsins á kerfisbundinn hátt, eina í einu.

Þegar Herschel skannaði Nautsmerkið rakst hann á fyrirbæri sem vakti athygli hans. Fyrirbærið var ólíkt stjörnu og stækkaði þegar Herschel jók stækkun sjónaukans. Þetta fyrirbæri var „annað hvort þokukennd stjarna eða ef til vill halastjarna“, ritaði hann í dagbók sína. Herschel vissi að ef fyrirbærið væri í sólkerfinu myndi það hreyfast merkjanlega miðað við stirndan bakgrunninn. Hann hélt því áfram að rannsaka þetta og fjórum dögum síðar tók hann eftir að fyrirbærið hans hans hafði hreyfst. Fyrirbærið var ekki þekkt og Herschel gerði því ráð fyrir að það væri halastjarna, jafnvel þótt engin hali væri sjáanlegur og hreyfing þess væri afar hæg – svo hæg að það kom helsta halastjörnuathuganda þess tíma, Charles Messier, á óvart að Herschel skyldi hafa greint færslu.

Vinus hans, sem þekkti til nokkurra vísindamanna, lét konunglega stjörnufræðinginn Nevil Maskelyne og Thomas Hornsby, stjörnufræðiprófessor við Oxfordháskóla, vita. Maskelyne sá fyrirbærið þremur vikum síðar og taldi að þarna væri hugsanlega um reikistjörnu að ræða þar sem útlit hennar svipaði á engan hátt til halastjörnu. Þýski stjörnufræðingurinn Johann Elert Bode kannaði aðrar athuganir og komst að því að stjarnan hafði nokkrum sinnum verið kortlögð af öðrum, til dæmis konunglega enska stjörnufræðingnum John Flamsteed sem skráði hana sem 34 Tauri (Tauri = nautið) árið 1690. Flamsteed sá hana að minnsta kosti sex sinnum en tók aldrei eftir eiginhreyfingu hennar, ekki frekar en Tobias Meyer árið 1756.

Þegar brautin hafði loks verið reiknuð út kom í ljós að fyrirbærið var reikistjarna fyrir utan braut Satúrnusar og því sú fyrsta sem uppgötvaðist eftir tilkomu stjörnusjónaukans. Athuganirnar sem Bode fann gerði vini hans Placidus Fixlmiller og öðrum að reikna út staðsetningar reikistjörnunnar fram í tímann. Þegar það hafði verið gert kom smám saman í ljós að brautin passaði ekki við forspár stjörnufræðinga. Nokkrar skýringar voru settar fram og ein þeirra var sú að önnur óuppgötvuð reikistjarna leyndist utar í sólkerfi sem hefði áhrif á braut Úranus. Þar með var grunnurinn lagður að uppgötvun Neptúnusar árið 1846.

Nafn

Maskelyne bað Herschel um að gera stjörnufræðiheiminum greiða og nefna reikistjörnuna sína. Herschel vildi að reikistjarnan yrði nefnd Georgium Sidus eða Stjarna Georgs, til heiðurs velunnara sínum Georgi III Englandskonungi. Í viðurkenningarskyni fyrir uppgötvunina gaf Georg III Herschel árlega tvö hundruð pund með því skilyrði að hann kæmi til Windsor svo konungsfjölskyldan gæti kíkt í gegnum sjónauka hans.

Aðrir nefndu þessa nýuppgötvuðu reikistjörnu einfaldlega Herschel eða Reikistjarna Herschels. Það var hins vegar Bode sjálfur sem stakk fyrstur upp á nafninu Úranus, latnesku útgáfunni á nafni gríska guðsins Úranosar, í samræmi við öll hin nöfnin á reikistjörnunum sem bera nöfn rómverskra guða og gyðju. Bode sagði að rétt eins og Satúrnus væri faðir Júpíters ætti nýja reikistjarnan að vera nefnd eftir föður Satúrnusar. Nafnið hlaut þó ekki almenna viðurkenningu fyrr en árið 1850, um 70 árum eftir uppgötvun hennar.

Geislavirka frumefnið Úraníum er nefnt eftir reikistjörnunni út frá uppástungu frá þýska efnafræðingnum Martin Klaproth sem uppgötvaði frumefnið árið 1789.

Samanburður við Jörðina

Úranus er 14,5 sinnum efnismeiri en Jörðin og fjórum sinnum stærri að þvermáli. Að rúmmáli er Úranus 63 sinnum stærri en Jörðin.

Braut og snúningur

Úranus snýst um sólina á 84 jarðarárum. Einn sólarhringur á Úranusi er 17 klukkustundir og 14 mínútur.

Eitt það allra forvitnilegasta við Úranus er sérkennilegur möndulhalli hans. Möndullinn hallar 98° frá sólbaugnum samanborið við 23,5° hjá Jörðinni. Það þýðir að Úranus snýst réttsælis um sjálfa sig eins og Venus. Ekki er vitað hvers vegna reikistjarnan hallar svo mjög en líklegt að snemma í sögu sólkerfisins hafi risaárekstur velt Úranusi um koll.

Aðrar reikistjörnur snúast eins og skopparakringlum um möndul sinn en vegna möndulhallans rúllar Úranus eins og keilukúla umhverfis sólu. 

Fyrstu merkin um þennan óvenjulega möndulsnúning sáust þegar William Herschel fann tvö tungl um Úranus. Herschel sá að tunglin fóru upp og niður fyrir Úranus en ekki þvert fyrir hann eins og tungl annarra reikistjarna. Tunglin fylgja möndulsnúningi reikistjörnunnar og snúast um miðbauginn. Þetta þýðir að tunglmyrkvar og sólmyrkvar eru ákaflega sjaldgæfir á Úranusi og verða aðeins á 42 ára fresti þegar miðbaugurinn snýr að sólu (við jafndægur).

Önnur afleiðing þessa möndulhalla er sú að pólsvæði Úranusar njóta meira sólarljóss en miðbaugssvæðin. Norður- og suðurpólarnir beinast þá að sólu til skiptis og miðbaugurinn þess á milli (við jafndægur). Þegar sumarsólstöður eru á Úranusi er annar póllinn andspænis sólu en hitt gagnstætt sólu. Þannig er sólin alltaf fyrir ofan sjóndeildarhringinn á sumrin á suðurhvelinu en undir sjóndeildarhring á veturnar á norðurhvelinu og mjög lágt á lofti við miðbaug. Þá er sólskin í 42 ár á sumrin en 42 ár af svartnætti og nístingskulda á veturna. Við vorjafndægur á Úranusi er sólin beint yfir miðbaugnum líkt og á Jörðinni.

Þrátt fyrir þetta er álíka kalt við miðbauginn og á pólsvæðunum (um -220°C). Ekki er vitað hvers vegna. Þegar Voyager 2 flaug framhjá sneri suðurpóllinn að sólinni. Seinast urðu jafndægur á Úranusi þann 7. desember 2007. Sólstöður verða næst árið 2030.

Langur umferðartími og möndulhalli Úranusar veldur sérkennilegum árstíðaskiptum. Mynd: NASA, ESA, M. Showalter (ísl. útg. Stjörnufræðivefurinn)

Rannsóknir á Úranusi

Lítið sem ekkert var vitað um Úranus þar til Voyager 2 heimsótti reikistjörnunna hinn 24. janúar 1986. Voyager 2 hafði þá lokið könnun sinni á Júpíter og Satúrnusi og flaug næst Úranusi í um 85.100 km hæð yfir skýjatoppi reikistjörnunnar. Geimfarið hélt svo áfram ferðalagi sínu til Neptúnusar.

Voyager tók næstum 8000 ljósmyndir af Úranusi. Sýndu þær fremur sviplausan lofthjúp þakkta fölblárri metanþoku og ský sem urðu aðeins sýnileg eftir myndvinnslu. Voyager 2 fann tíu tungl til viðbótar við þau fimm sem þekktust fyrir leiðangurinn, þar af tvö smalatungl, Kordelíu (1986 U7) og Ófelíu (1986U8) sem hringsóla um Úranus hvort sínum megin við epsilonhringinn.

Mynd Voyager 2 þar sem tunglin Kordelía og Ófelía fundust hvort sínum megin við epsolinhringinn. Mynd: NASA/JPL

Reikistjörnufræðingar vilja að næsti ómannaði flaggskipsleiðangurinn verði farinn til Úranusar. Á teikniborðinu er því leiðangur til Úranusar sem skotið yrði á loft upp úr 2035. Ferðalagið tæki ríflega þrettán ár og stæðu rannsóknir yfir á reikistjörnunni og tunglunum í að minnsta kosti tæp fimm ár. Um borð væri lofthjúpskanni sem sleppt yrði inn í andrúmsloft Úranusar.

Hubble geimsjónaukinn og aðrir sjónaukar á Jörðinni hafa gert reglulegar athuganir á Úranusi. Tilkoma James Webb geimsjónaukans markar þáttaskil í rannsóknum á Úranusi og má sjá fyrstu mynd sjónaukans hér undir. Hægra megin á plánetunni er ljósleit norðurpólhettan. Hún er einstök því hún birtist aðeins þegar sólin nær loksins að bregða birtu á pólinn og hverfur á haustin. Við jaðar pólhettunnar og brún hennar hægra megin sjást björt ský.

Úranus hefur þrettán þekkta hringi og sjást ellefu þeirra á mynd Webbs. Sumir eru svo bjartir að þeir virka þétt saman og virðast blandast í einn heilan hring. Níu meginhringarnir eru úr ís en tveir eru daufari rykhringar. Rykhringarnir fundust ekki fyrr en Voyager 2 flaug framhjá á sínum tíma.

Úranus og nokkur tungla hans á innrauðri ljósmynd Webb geimsjónaukans. Í bakgrunni sjást fjarlægar vetrarbrautir.
Mynd: NASA, ESA, CSA, STScI, J. DePasquale (STScI)

Innviðir

Massi Úranusar er ríflega 14,5 faldur massi jarðar og er hann því massaminnsta risareikistjarnan. Eðlismassi hans er 1,27 g/cm³ sem þýðir að hann er næst eðlisléttasta reikistjarnan á eftir Satúrnusi. Eðlismassi Úranusar segir okkur að hann sé að mestu leyti úr ísblöndu vatns, ammóníaks og metans. Heildarmassi íssins í Úranusi er óþekktur en sennilega milli 9,3 og 13,5 jarðmassar. Vetni og helíum telja aðeins lítinn hluta af heildinni eða milli 0,5 til 1,5 jarðmassa. Afgangurinn (0,5 til 3,7 jarðmassar) er líklega einhvers konar berg.

Innviðir Úranusar skiptast í þrennt. Innst í reikistjörnunni er kjarni úr ís og bergi; sennilega 0,55 jarðmassar. Eðlismassi kjarnans er í kringum 9 g/cm³ og þrýstingurinn á mótum kjarnans og möttulsins um 800 gígaPascal (8 milljón bör). Þar er hitastigið að líkindum 5000°C. 

Yfir kjarnanum er sennilega heitur og þéttur möttull úr vökvablöndu: Vatni, metani, ammóníaki og öðrum efnum í minna magni. Möttullinn er líklega 10 til 14 jarðmassar og telur um 80% reikistjörnunnar. Þessi vökvi hefur mikla rafleiðni sem skapar sterkt segulsvið. 

Umhverfis möttulinn er þykkt gaslag úr vetni, helíum og metani sem þó er sennilega ekki nema 0,5 jarðmassar. Heildarsamsetning Úranusar og Neptúnusar er þannig mjög ólík Júpíters og Satúrnusar. Þess vegna eru Úranus og Neptúnus oft nefndir vatnsrisarnir (eða ísrisarnir).

Þar sem innviðir Úranusar er í bæði gas- og vökvafasa hefur reikistjarnan ekkert fast yfirborð. Eftir því sem innar dregur hækkar hitinn og þrýstingur eykst þar til gasið breytist smám saman í vökva.

Hugsanlegt er að hár þrýstingur og hátt hitastig kljúfi metansameindir í kolefni og vetni. Þá gæti kolefnið þést í demanta sem gætu þá fallið líkt og haglél niður i vetnis-ammóníakshafið í möttlinum. Sé raunin sú gætu demanta-högl flotið í hafinu.

Innviðir gas- og ísrisa sólkerfisins.

Lofthjúpur

Gögn frá Voyager staðfestu að lofthjúpur Úranusar er 84% vetni og 14% helíum, sem eru svipuð hlutföll og í lofthjúpum Júpíters og Satúrnusar. Munurinn er hins vegar sá að 2% af lofthjúpi Úranusar er metan (CH₄) sem er tífalt meira magn en í Júpíter og Satúrnusi. Metan er gróðurhúsalofttegund sem dregur í sig rautt ljós en dreifir bláu. Þess vegna er reikistjarnan fölblá á litinn.

Í lofthjúpnum virðist lítið um ammóníak, ólíkt lofthjúpum Júpíters og Satúrnusar. Ástæðan er sú að hitastigið í efri hluta lofthjúpsins er mjög lágt eða -220°C. Til samanburðar er lægsta hitastig sem menn komast í snertingu við með einföldum hætti -197°C en það er hitastig fljótandi niturs. Ammóníak frýs við mjög lágt hitastig eins og í lofthjúpi Úranusar, svo ammóníakið er líklega frekar neðarlega í lofthjúpnum sem gerir mælingar á því snúnar. Af sömu ástæðu skortir vatnsgufu ofarlega í lofthjúpnum sem veldur því að Úranus virkar fremur sviplaus, að minnsta kosti í sýnilegu ljósi. Þau sárafáu ský sem sjást eru úr metani. Metanskýin liggja nokkuð djúpt í lofthjúpnum og því erfitt að sjá þau.

Úranus gefur frá sér mun minni innri varma en allar hinar risareikistjörnurnar í sólkerfinu. Hvers vegna er ekki vitað. Neptúnus gefur frá sér 2,6 sinnum meiri orku út í geiminn en hann fær frá sólu á meðan Úranus gefur lítinn sem engan varma frá sér. Heildarvarmaútgeislun Úranusar er 0,042 W/m² sem er lægri en varmaútgeislun jarðar sem er 0,075 W/m². Þessi staðreynd veldur því að Úranus er kaldasta reikistjarna sólkerfisin. Þar hefur lægstur hiti mælst -224°C. Vegna fjarlægðar frá sólu - og lágrar varmageislunar er hitastigið frekar jafnt yfir alla reikistjörnuna.

Vindurinn í lofthjúpi Úranusar blæs aðallega til austurs, þ.e. í snúningsátt reikistjörnunnar. Þetta er ólíkt vindunum í lofthjúpum Júpíters og Satúrnusar sem eru beltaskiptir og blása annað hvort í austur- eða vesturátt. Vindar Úranusar blása frá 40 til 170 metra hraða á sekúndu.

Stórt dökkt ský í vindasömu andrúmslofti Úranusar á mynd Hubble geimsjónaukans 23. ágúst 2006. Skýið er 1700 x 3000 km að stærð eða helmingurinn af flatarmáli meginlands Evrópu á Jörðinni.

Árið 2023 fundu stjörnufræðingar sem notuðu Very Large Array útvarpssjónaukaröðina merki um heimskautalægð á norðurpóli Úranusar. Mælingar voru gerðar árin 2015, 2021 og 2022 og leiddu í ljós bjartan og þéttan blett á miðjum norðurpól Úranusar. Þær sýndu hærra hitastigi, þurrara andrúmsloft, hærri vindhraða og breytingar á dreifingu gastegunda í andrúmsloftinu. Allt kemur það heim og saman við þá skýringu að um heimskautalægð sé að ræða, sambærilegum þeim sem áður hafa sést á Satúrnusi og Neptúnusi. Miðja lægðarinnar er hlýrri en nærliggjandi svæða. Svo virðist sem bletturinn hafi orðið bjartari frá 2015 og virðist því hafa sótt í sig veðrið þegar nálgast sólstöður á Úranusi.

Mynd Very Large Array af heimskautalægð myndast á Úranusi. Mynd: NASA/JPL-Caltech/VLA

Munurinn á Úranusi og Neptúnusi

Á myndum sést að Úranus og Neptúnus eru ekki svo ólíkir að útliti. Á þeim er aðeins blæbrigðamunur. Úranus er ögn grænblárri en Neptúnus. Mælingar Hubble geimsjónauka NASA og ESA, Gemini North sjónaukanum og innrauðum sjónauka NASA hafa hjálpað vísindamönnum að draga upp sviðsmynd af lofthjúpum beggja reikistjarna og útskýra þennan mun. 

Líkanið bendir til þess að á Úranusi sé þykkara mistur sem safnast saman í staðnaðara andrúmsloftinu sem veldur því að hann er ljósleitari eða hvítari og sviplausari en Neptúnus. Væri mistrið ekki í andrúmslofti beggja reikistjarna myndu báðar sýnast álíka grænbláar.

Neptúnus hefur lengst af verið sýndur himinblár en Úranus fölblágrænn. Myndir Voyager 2 voru ekki litaleiðréttar þannig að þær sýndu ísrisana í sínu náttúrulega ljósi. Á það sér í lagi við um myndirnar af Neptúnusi sem gerðar voru of bláar. til að draga betur fram ský, skýjabelti og vinda í andrúmsloftinu. Myndirnar af Úranusi voru nær raunveruleikanum. Sjá Hvernig eru Úranus og Neptúnus raunverulega á litinn?

Líkanið bendir til þess að í andrúmsloftinu séu þrjú svifagna eða misturslög í mismunandi hæð. Lykillagið sem hefur áhrif á litina er miðlagið, sem er lag úr svifögnum (kallað agnúði-2) sem er þykkara á Úranusi en Neptúnusi. Líklega þéttist metanís á báðum reikistjörnum í agnir í þessu lagi og falla þá dýpra inn í andrúmsloftið eins og snjókoma úr metani. Andrúmsloft Neptúnusar er virkar og ólgukenndara svo Neptúnus er sennilegast skilvirkari í að þyrla ögnunum upp og misturslögin og framleiða þennan snjó. Við það hverfur meira af mistrinu svo þetta misturslag á Neptúnusi er þynnra en á Úranusi. Fyrir vikið er Neptúnus ögn bláleitari

Myndin sýnir þrjú svifagnalög í andrúmslofti Úranusar og Neptúnusar. Dýpsta lagið (agnúði-1) er þykkt og úr blöndu af vetnissúlfíðís og ögnum sem verða til við ljósefnahvörf í andrúmsloftinu. Lykillagið sem hefur áhrif á litbrigði beggja reikistjarna er miðlagið sem er úr mistursögnum (agnúði-2) og er þykkara á Úranusi en Neptúnusi.  Mynd: International Gemini Observatory/NOIRLab/NSF/AURA, J. da Silva / NASA / JPL-Caltech/Björn Jónsson/Stjörnufræðivefurinn

Segulsvið

Fyrir heimsókn Voyagers 2 höfðu engar mælingar verið gerðar á segulhvolfi Úranusar. Venjulega eru segulhvolf og segulsvið reikistjarnanna nokkurn veginn samsíða snúningsási reikistjarnanna. Mælingar Voyagers sýndu að segulsvið Úranusar er afar sérkennilegt. Í fyrsta lagi er það á hvolfi, þ.e.a.s. í stað þess að liggja samsíða snúningsási reikistjörnunnar hallar það 59° frá snúningsásnum. Í öðru lagi á það ekki rætur að rekja til miðju reikistjörnunnar heldur víkur einn-þriðja af radíus reikistjörnunnar frá miðjunni.

Það að segulsviðið er ekki í miðju Úranusar hefur þau áhrif að segulsviðið er missterkt. Á sumum stöðum á suðurhvelinu getur styrkur þess verið 10 μTesla en allt að 110 μTesla á norðurhvelinu og er um 48 sinnum sterkara en segulsvið jarðar.

Segulsviðið er talið myndast í vökvamöttli reikistjörnunnar þegar uppleystar sameindir eins og ammóníak missa eina eða fleiri rafeindir og hlaðast upp (jónast). Vatn er góður rafleiðari þegar í því eru slíkar rafhlaðnar uppleystar sameindir, svo ef til vill hljótast rafstraumar af þessu.

Ekki er vitað hvers vegna segulsvið Úranusar er svona einkennilegt. Ein útskýringin er sú að segulpólskipti séu að eiga sér stað en það er sennilega mjög ólíklegt að hitta á slíkan atburð. Önnur útskýring segir að risaárekstur, sem hugsanlega velti Úranusi um koll, hafi haft þessi áhrif á segulsviðið.

Árið 2011 kom Hubble geimsjónaukinn auga á segulljós (norðurljós) á Úranusi. Norðurljósin urðu til í kjölfar þess að kröftugur sólvindur skall á Úranusi og örvaði atóm og sameindir í andrúmsloftinu, rétt eins og á Jörðinni. Með því að fylgjast með norðurljósunum yfir tíma söfnuðu stjörnufræðingar fyrstu sönnunargögnunum fyrir því að norðurljósasvæðin snerust með reikistjörnunni. Um leið fundust aftur segulpólar reikistjörnunnar sem höfðu „týnst“ eftir að Voyager 2 uppgötvaði þá árið 1986.

Samsett mynd af Úranusi frá Voyager 2 og útfjólubláum mælingum með Huble geimsjónaukanum sem sýna segulljósin. Mynd: ESA/Hubble & NASA, L. Lamy / Observatoire de Paris

Hringar

Úranus hefur hringakerfi líkt og hinir gasrisarnir í sólkerfinu. Hringarnir líkjast þó heldur hringum Júpíters og Neptúnusar en hringum Satúrnusar því þeir eru frekar þunnir, mjóir og dökkir; flestir innan við 10 km breiðir.

Hringar Úranusar fundust þegar stjörnufræðingar fylgdust með reikistjörnunni ganga fyrir stjörnu í bakgrunni frá Jörðu séð. Í stað þess að ljós stjörnunnar dofnaði skyndilega sást það blikka nokkrum sinnum fyrir og eftir vegna hringanna. Mynd: W.H. Freeman og Stjörnufræðivefurinn

Hringar Úranusar fundust fyrir tilviljun 10. mars 1977 þegar bandarísku stjörnufræðingarnir James Elliot, Edward Dunham og Douglas Mink fylgdust með því þegar Úranus myrkvaði stjörnuna SAO 158687. Þeir Elliot, Dunham og Mink ætluðu að nýta stjörnumyrkvann til þess að rannsaka lofthjúp reikistjörnunnar ásamt áströlskum félögum sínum við stjörnustöðina í Perth. Við úrvinnslu gagnanna tóku þeir eftir því að stjarnan virtist hverfa og birtast aftur nokkrum sinnum, fyrir og eftir að hún hvarf á bak við reikistjörnuna. Eina útskýringin á því að stjarnan blikkaði var sú að Úranus hlaut að hafa hringakerfi. Þetta blikk kom áströlsku stjörnufræðingunum svo á óvart að þeir misstu af þremur hringum þegar þeir reyndu hvað þeir gátu til að átta sig á hvers vegna ljósið hvarf.

Bandarísku stjörnufræðingarnir birtu fyrstir fréttirnar um hringa Úranusar og nefndu þá alfa, beta, gamma, delta og epsilon eftir fjarlægð frá reikistjörnunni.

Athyglisvert er að William Herschel minnist fyrstur manna á hugsanlega hringa við Úranus í athugunum sínum frá 22. febrúar 1789. Teikningar hans af hringunum eru ótrúlega líkar því sem síðar uppgötvaðist. Athuganir Herschels birtust árið 1797 en síðan liðu tvær aldir án þess að nokkur annar stjörnufræðingur minnist á hringa Úranusar. Sú staðreynd er nóg til þess að efast um hvort Heschel hafi í raun séð eitthvað. Það skal þó ekki tekið af Herschel að hann var einhver færasti athugandi sögunnar og lýsir nákvæmlega stærð hugsanlegra hringa, lit þeirra og breytingar á þeim.

Hringarnir voru ljósmyndaðir í fyrsta sinn þegar Voyager 2 flaug framhjá Úranusi árið 1986. Í leiðinni uppgötvaði Voyager tvo aðra daufa hringi og heildarfjöldi þeirra þá orðinn ellefu. Í réttri röð frá reikistjörnunni eru þeir zeta (1986U2R), 6, 5, 4, alfa, beta, eta, gamma, delta, lambda og epsilon. Sumir stærri hringarnir eru umvafðir fínum rykbeltum. Stærstu agnirnar eru allt að 10 metrar í þvermál en flestar innan við einn metri. Hringagnirnar eru sömuleiðis mjög dökkir og endurvarpa aðeins 3% af sólarljósinu. Þeir eru líklega úr mjög skítugum ís.

Voyager 2 tók þessa mynd af hringunum 22. janúar 1986 úr 2,52 milljón km fjarlægð. Níu hringir eru sýnilegir á þessari mynd sem tekin var á 15 sekúndum. Hringarnir eru nokkuð dökkir og mjög mjóir. Bjartasti og ysti hringurinn, epsilon, sést greinilega. Næstu þrír hringarnir inn að Úranusi - delta, gamma og eta - eru mun daufari og mjórri en epsilon. Þar á eftir koma beta og alfahringarnir og loks þrír innstu hringarnir sem kallast einfaldlega hringar 4, 5 og 6. Mynd: NASA/JPL-Caltech

Í desember 2005 var tilkynnt um uppgötvun Hubble geimsjónaukans á tveimur áður óþekktum hringum Úranusar sem nefndir voru nu og mí. Sá stærri er tvöfalt lengra frá reikistjörnunni en aðrir þekktir hringar og eru hluti af ytra hringakerfi. Hubble fann í leiðinni tvö ný fylgitungl, þau Mab og Kúpid.

Myndir Hubble geimsjónaukans leiddu í ljós áður óþekkta hringa og tungl í kringnum Úranus árið 2003. Mynd: NASA/ESA/M. Showalter

Hringur	Fjarlægð frá miðju Úranusar (km)	Breidd (km)
ζ (zeta) (1986U2R)	39.600	3.500 (teygir sig 5000 km innar)
6	41.840	1-3
5	42.230	2-3
4	42.580	2-3
α (alfa)	44.720	7-12
β (beta)	45.670	7-12
η (eta)	47.190	0-2
γ (gamma)	47.630	1-4
δ (delta)	48.290	3-9
λ (lambda) (1986U1R)	50.020	1-2
ε (epsilon)	51.140	20-100
ν (nu) (R/2003U2)	67.300	3.800
μ (mí)	97.700	17.000

Fylgitungl

Umhverfis Úranus ganga 28 fylgitungl sem öll eru nefnd eftir persónum úr leikritum ensku skáldanna Williams Shakespeare og Alexanders Pope. Fyrstu tvö tunglin, Títanía og Óberon (álfadrottninguna og álfakonunginn), fann William Herschel sjálfur þann 13. mars 1787. Nafni hans William Lassell, sá sem uppgötvaði Tríton umhverfis Neptúnus, uppgötvaði önnur tvö, þau Aríel og Úmbríel. Nærri öld síðar fann Gerard Kuiper Míröndu árið 1948.

Þegar Voyager 2 flaug framhjá Úranusi árið 1986 þrefaldaðist tunglafjöldinni. Á myndum Voyagers fundust tíu tungl til viðbótar, þau Júlíu, Puck, Kordelíu, Ófelíu, Bíönku, Desdemónu, Portíu, Rósalindu, Kressídu og Belindu. Öll þessi tungl eru afar smá eða milli 26 og 154 km að þvermáli. Síðan þá hafa stjörnufræðingar fundið tólf tungl til viðbótar og er heildarfjöldi tungla Úranusar því 27. Þau eru líka mjög lítil eða milli 12 og 16 km í þvermál og mjög dökkleit.

Stærsta tunglið er Títanía (álfadrottningin úr Draumi á Jónsmessunótt), um 1578 km í þvermál og því áttunda stærsta tungl sólkerfisins, helmingur af stærð tunglsins okkar. Flest tunglin virðast vera úr blöndu íss og bergs.

Rannsóknir og tölvulíkön benda til þess að undir ísilögðu yfirborði Títaníu, Aríels, Úmbríels og Óberons gætu leynst nokkurra tuga kílómetra djúp höf. Af þeim gætu tvö hafanna verið nógu hlý til þess að styðja mögulega lífvænleg umhverfi. Rannsóknir benda ennfremur til þess að á að minnsta kosti einu tunglanna, Aríel, hafi efni úr iðrum tunglsins flust upp til yfirborðsins, mögulega í gegnum íseldfjöll, tiltölulega nýlega.

Í febrúar 2024 var tilkynnt um uppgötvun á nýju tungli umhverfis Úranus.

Myndir Voyager 2 af tunglum Úranusar sem teknar voru við framhjáflugið 24. janúar 1986. Mynd: NASA/JPL-Caltech/Ted Stryk

Að skoða Úranus

Fremur auðvelt er að greina Úranus á næturhimninum. Sýndarbirtustig hans er yfirleitt milli +5,6 og +5,9 og er hann því sýnilegur með berum augum við góðar aðstæður, þar sem ljósmengun er engin og myrkur eins og best verður á kosið. Hornstærð hans er milli 3,4 og 3,7 bogasekúndur en til samanburðar er Satúrnus milli 16 og 20 bogasekúndur. Á himninum er Úranus því álíka stór og golfkúla í 1 km fjarlægð. Úranus er því frekar lítill á himninum. Þess vegna þarf nokkuð mikla stækkun, yfir 100x, og því stærri sem sjónaukinn er því betra. Við þessa stækkun sést að Úranus er fölgræn skífa líkt og hinar reikistjörnurnar en fátt annað markvert.

Þótt það sé erfitt – og eflaust ógerlegt – að greina smáatriði á Úranusi er hæglega hægt að fjögur af 27 þekktum fylgitunglum hans í gegnum hefðbunda áhugamannasjónauka. Tunglin Títanía og Óberon er hægt að sjá með átta tommu (20 cm) sjónauka en tvöfalt það ljósop þarf til að greina Úmbríel og Aríel vegna þess hve nærri reikistjörnunni þau eru.

Á einu ári færist Úranus um fjórar gráður yfir himinninn, samanborið við um tólf gráður hjá Satúrnusi og um 35° hjá Júpíter. Afrek Herschels að greina sýndarhreyfingu Úranusar er því ansi aðdáunarverð.

Úranus færist úr Hrútnum yfir í Nautið árið 2024 og verður þar til ársins 2032 þegar hann færist yfir í Tvíburana . Úranus liggur því best við athugun á haustin frá Íslandi séð.

Úranus á einni mínútu

Meira um Úranus

• Fylgitungl Úranusar

• Myndasafn NASA af Úranusi

• Myndasafn Hubble af Úranusi

Heimildir

Beatty, J. Kelly; Petersen, Carolyn Collins og Chaikin, Andrew (ritstj.). 1998. The New Solar System. Cambridge University Press, Massachusetts.

Freedman, Roger og Kaufmann, William. 2004. Universe, 7th Edition. W. H. Freeman, New York.

Hoskins, Michael. 1997. Cambridge Illustrated History of Astronomy. Cambridge University Press, Massachusetts.

McFadden, Lucy-Ann; Johnson, Torrence og Weissman, Paul (ritstj.). 2006. Encyclopedia of the Solar System. Academic Press, California.

Pasachoff, Jay. 1998. Astronomy: From the Earth to the Universe, fimmta útgáfa. Saunders College Publishing, Massachusetts.

Höf undir yfirborði fjögurra tungla Úranusar?

Stjörnufræðingar finna heimskautalægð á Úranusi

Webb geimsjónaukinn skoðar Úranus

Hubble Helps Explain Why Uranus and Neptune Are Different Colours

Hvernig á að vitna í þessa grein?

• Sævar Helgi Bragason (2023). Úranus. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornufraedi.is/solkerfid/uranus (sótt: DAGSETNING).