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Urano (planeta)

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Origem: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Nota:Para o deus da mitologia grega, consulteUrano;para demais casos, vejaUrano (desambiguação).
Urano⛢
Planeta principal

Fotografia de Urano em cores reais pelaVoyager 2em 1986.
Características orbitais[1]
Semieixo maior 2 876 679 082km
19,22941195UA
Periélio 2 748 938 461 km
18,37551863UA
Afélio 3 004 419 704 km
20,08330526UA
Excentricidade 0,044405586
Período orbital 30799,095dias
84,323326anos
Período sinódico 369,66 dias[2]
Velocidade orbital média 6,81[2]km/s
Inclinação Eclíptica:0,772556°
Equadorsolar:6,48°
Plano invariável:1,02[3]°
Argumento do periastro 96,541318°
Longitude do nó ascendente 73,989821°
Número desatélites 28
Características físicas
Diâmetro equatorial 4,007 Terras
51 118 ± 8[4]km
Área da superfície 15,91 Terras
8,115 6×109[5]km²
Volume 63,086 Terra
6,833×1013[2]km³
Massa 14,536 Terras
(8,6810 ± 0,0013)×1025[6]kg
Densidade média 1,27[2]g/cm³
Gravidade equatorial 8,69 m/s²[2]
0,886g
Período de rotação −0,718 33 dias
17h14min24s[4]
Velocidade de escape 21,3[2]km/s
Inclinação axial 97,77°[4]
Albedo 0,300 (Bond)
0,51 (geométrico)[2]
Temperatura média: -220 ºC
mínima: -224 ºC
máxima: -216 ºC
Magnitude aparente 5,9[7]a 5,32[2]
Composição da atmosfera[8][9][10]
Pressão atmosférica 1,2kPa
Composição
83 ± 3%Hidrogênio(H2)
15 ± 3%Hélio
2,3%Metano
Gelos:
Amônia
Água
Hidrossulfeto de amônio(NH4SH)
Metano(CH4)

Urano[11](Úrano emPortugal[12]) é o sétimoplanetaa partir doSol,o terceiro maior e o quarto mais massivo dos oito planetas doSistema Solar.Foi nomeado em homenagem ao deus grego do céu,Urano.Embora seja visível a olho nu em boas condições de visualização, não foi reconhecido pelos astrônomos antigos como um planeta devido a seu pequeno brilho e lenta órbita.[13]William Herschelanunciou sua descoberta em 13 de março de 1781, expandindo as fronteiras do Sistema Solar pela primeira vez na história moderna. Urano foi também o primeiro planeta a ser descoberto por meio de umtelescópio.

Urano tem uma composição similar à deNetuno,e ambos possuem uma composição química diferente da dos maioresgigantes gasosos,JúpitereSaturno.Como tal, os astrônomos algumas vezes os colocam em uma categoria separada, os "gigantes gelados".Aatmosfera de Urano,embora similar às de Júpiter e Saturno em sua composição primária dehidrogênioehélio,contém mais "gelos"tais como água,amôniaemetano,assim como traços dehidrocarbonetos.[8]É a mais fria atmosfera planetária no Sistema Solar, com uma temperatura mínima de 49K(–224°C). Tem uma complexa estrutura de nuvens em camadas, e acredita-se que a água forma as nuvens mais baixas, e o metano as mais exteriores.[8]Em contraste, seu interior é formado principalmente por gelo e rochas.[14]

Como os outros planetas gigantes, Urano tem umsistema de anéis,umamagnetosferae váriossatélites naturais.O sistema uraniano tem uma configuração única entre os planetas porque seueixo de rotaçãoé inclinado para o lado, quase no plano detranslaçãodo planeta. Portanto, seus polos norte e sul estão quase situados onde seria oequadornos outros planetas.[15]Em 1986, imagens da sondaVoyager 2mostraram Urano como um planeta virtualmente sem características na luz visível, ao contrário dos outros planetas gigantes que contêm faixas de nuvens e grandes tempestades.[15]Entretanto, observações terrestres têm mostrado sinais demudanças sazonaise aumento da atividade meteorológica nos últimos anos à medida que Urano se aproximou doequinócio.A velocidade de vento no planeta pode alcançar 250 metros por segundo (900 km/h).[16]

História[editar|editar código-fonte]

Descoberta[editar|editar código-fonte]

Antes de sua descoberta como planeta, Urano foi observado em muitas ocasiões, geralmente confundido com uma estrela. O registro mais antigo de sua observação é de 1690 quandoJohn Flamsteedo observou pelo menos seis vezes, e o catalogou como 34 Tauri. O astrônomo francêsPierre Lemonnierobservou Urano pelo menos doze vezes entre 1750 e 1769,[17]inclusive em quatro noites consecutivas.

SirWilliam Herschelobservou o planeta em 13 de março de 1781 no jardim de sua casa no número 19 da New King Street na cidade de Bath,Somerset(agora oMuseu Herschel de Astronomia),[18]mas inicialmente o reportou (em 26 de abril de 1781) como umcometa.[19]Herschel "se engajou em uma série de observações de paralaxe de estrelas fixas",[20]usando um telescópio de sua própria construção. Ele registrou em seu jornal "No quartil próximo aζ Tauri…tanto [uma] estrela Nebulosa ou possivelmente um cometa ".[21]Em 17 de março, ele anotou, "Olhei para o Cometa ou Estrela Nebulosa e descobri que é um cometa, pela sua mudança de local".[22]Quando apresentou sua descoberta para aRoyal Society,ele continuou declarando que tinha encontrado um cometa enquanto implicitamente comparando-o com um planeta:[23]

William Herschel,descobridor de Urano
Réplica do telescópio utilizado por Herschel para descobrir Urano (William Herschel Museum,Bath)

Curiosamente, o planeta foi descoberto 39 anos antes do continenteantártico.[24]Herschel notificou oAstrônomo Real Britânico,Nevil Maskelyne,de sua descoberta e recebeu a seguinte resposta dele em 23 de abril: "Eu não sei como chamá-lo. Parece ser um planeta regular movendo-se em uma órbita quase circular ao Sol assim como um cometa movendo-se em uma elipse bem excêntrica. Eu ainda não observei nenhuma coma ou cauda nele".[25]

Enquanto Herschel continuava a cautelosamente descrever o novo objeto como um cometa, outros astrônomos já começavam a suspeitar o contrário. O astrônomo russoAnders Johan Lexellfoi o primeiro a calcular a órbita do novo objeto[26]e sua órbita quase circular o levou a concluir que era um planeta ao invés de um cometa. O astrônomo alemãoJohann Elert Bodedescreveu a descoberta de Herschel como "uma estrela que pode ser considerada até aqui como um planeta desconhecido circulando além da órbita de Saturno”.[27]Bode concluiu que sua órbita quase circular era mais parecida com um planeta do que com um cometa.[28]

Em pouco tempo o objeto foi universalmente aceito como um novo planeta. Em 1783, o próprio Herschel reconheceu o fato para o presidente daRoyal SocietyJoseph Banks:"Pela observação dos mais eminentes Astrônomos na Europa parece que a nova estrela que eu tive a honra de indicar em Março de 1781, é um planeta principal do nosso Sistema Solar".[29]Em reconhecimento a este feito,Rei Jorge IIIdeu a Herschel um salário anual de £ 200 com a condição que ele se mudasse para Windsor para que a Família Real pudesse ter a chance de observar o céu usando seus telescópios.[30]

Nomeação[editar|editar código-fonte]

Maskelyne pediu a Herschel para nomear o planeta por ter sido o descobridor.[31]Em resposta à solicitação de Maskelyne, Herschel decidiu nomear o objeto comoGeorgium Sidus(Estrela de Jorge), ou "Georgian Planet" em homenagem ao seu novo patrono, oRei Jorge III.[32]Ele explicou sua decisão posteriormente em uma carta para Joseph Banks:[29]

A proposta de Herschel não ficou popular fora do Reino Unido, e outros nomes foram rapidamente propostos. O astrônomoJérôme Lalandepropôs que o planeta fosse nomeadoHerschelem homenagem ao seu descobridor.[33]O astrônomo suecoErik Prosperinpropôs o nomeNetunoque era apoiado por outros astrônomos que gostavam da ideia de comemorar as vitórias da frota daMarinha Real Britânicaa caminho daGuerra da Revolução Americana,até chamando o novo planeta deNeptune George IIIouNeptune Great Britain.[26]Bode,entretanto, optou porUrano,a versão latinizada dodeus gregodo céuUrano.Bode argumentou que comoSaturnoera o pai deJúpiter,o novo planeta deveria ser nomeado em homenagem ao pai de Saturno.[30][34][35]Em 1789, o colega de Bode naAcademia de Ciências Real,Martin Klaproth,nomeou seu elemento recém descoberto de "urânio"em apoio à escolha de Bode.[36]Finalmente, a sugestão de Bode se tornou a mais amplamente utilizada, e se tornou universal em 1850 quando oHM Nautical Almanac Officetrocou o nomeGeorgium SidusparaUrano.[34]

Nomenclatura[editar|editar código-fonte]

Urano é o único planeta cujo nome é derivado de uma figura damitologia gregaao invés damitologia romana:o grego "Οὐρανός" foi transformado na forma em latim "Ūranus",[37]sendo o adjetivo "Uraniano".[38]Seusímbolo astronômicoéSímbolo astronômico de Urano,que é um híbrido ente os símbolos deMartee doSolporque Urano era o Céu na mitologia grega, o qual se imaginava ser dominado pelos poderes do Sol e Marte.[39]Seusímbolo astrológicoé,que foi sugerido por Lalande em 1784. Em uma carta para Herschel, Lalande o descreveu como "un globe surmonté par la première lettre de votre nom".[nota 3][33]Nalíngua chinesa,coreana,japonesaevietnamitao astro foi nomeado literalmente traduzido como aestrela rei do céu( thiên vương tinh ).[40][41]

Órbita e rotação[editar|editar código-fonte]

Translação de Urano ao redor do Sol a cada 84 anos terrestres. Sua distância média ao Sol é de aproximadamente 3 bilhões de quilômetros (20UA)
Imagem no infravermelho próximo feita pelo Telescópio Hubble em 1998 mostrando as faixas de nuvens,anéis planetáriosesatélites naturais

Urano completa uma volta ao redor do Sol a cada aproximadamente 84 anos terrestres. Sua distância média ao Sol é de aproximadamente 3 bilhões de quilômetros (20UA). A intensidade da luz solar é de cerca de 1/400 da terrestre.[42]Os elementos orbitais do planeta foram calculados pela primeira vez em 1783 porPierre-Simon Laplace.[43]Com o tempo, discrepâncias começaram a aparecer entre as órbitas previstas e observadas e, em 1841,John Couch Adamspropôs que as diferenças poderiam ser causadas devido à atração gravitacional de um planeta desconhecido. Em 1845,Urbain Le Verriercomeçou uma pesquisa independente da órbita de Urano e em 23 de setembro de 1846Johann Gottfried Gallelocalizou um novo planeta,nomeado posteriormenteNetuno,quase na posição prevista por Le Verrier.[44]

O período de rotação no interior de Urano é de 17 horas e 14 minutos. Como em todos osplanetas gigantes,sua atmosfera superior experimenta ventos muito fortes na direção da rotação. Em algumas latitudes, tais como a dois terços da distância do equador ao polo sul, detalhes visíveis da atmosfera se movem muito mais rápido, completando uma rotação em pouco mais de 14 horas.[45]

Inclinação axial[editar|editar código-fonte]

Urano tem umainclinação axialde 97,77graus,ou seja, seu eixo de rotação é aproximadamente paralelo ao plano do Sistema Solar, o que faz o planeta girar de lado, como se fosse uma bola rolando numa superfície. Isto provoca mudanças sazonais completamente diferentes das observadas nos outros planetas. Próximo aosolstíciouraniano, um dos polos é iluminado continuamente pelo Sol enquanto o outro está em escuridão. Apenas uma pequena faixa perto do equador experimenta um ciclo dia-noite rápido, mas com o Sol baixo no horizonte como nas regiões polares terrestres. No outro lado da órbita do planeta a orientação dos polos em relação ao Sol é revertida. Cada polo recebe 42 anos contínuos de luz solar, seguidos de 42 anos de escuridão.[46][47]

Hemisfério Norte Ano Hemisfério Sul
Solstício de Inverno 1902, 1986 Solstício de Verão
Equinócio de Primavera 1923, 2007 Equinócio de Outono
Solstício de Verão 1944, 2028 Solstício de Inverno
Equinócio de Outono 1965, 2049 Equinócio de Primavera

Um dos resultados da orientação do eixo é que, em média durante um ano, as regiões polares de Urano recebem uma quantidade energia solar maior que a região equatorial. Apesar disso, Urano é mais quente na região do equador do que nos polos. O mecanismo interior que causa isto ainda é desconhecido. A razão da inclinação axial anormal também não é bem conhecida, mas a especulação usual é de que durante a formação do Sistema Solar, umprotoplanetado tamanho da Terra colidiu com Urano, causando a orientação inclinada.[48]O polo sul de Urano estava virado quase diretamente para o Sol durante o sobrevoo da sondaVoyager 2em 1986. A nomeação deste polo como "sul" usa a definição atualmente endossada pelaUnião Astronômica Internacional,que diz que o polo norte de um planeta ou satélite deve ser o polo acima doplano invariáveldo Sistema Solar, independentemente da direção que o planeta está girando.[49][50]Uma convenção diferente é algumas vezes utilizada, em que o norte e sul do corpo são definidos de acordo com aregra da mão direitaem relação à direção da rotação.[51]De acordo com esse último sistema de coordenadas o polonortede Urano estava iluminado em 1986.

Visibilidade[editar|editar código-fonte]

Entre 1995 e 2006, amagnitude aparentede Urano variou entre +5,6 e +5,9, deixando-o perto do limite de visibilidade aolho nu,que é de +6,5.[7]Seu diâmetro angular vai de 3,4 a 3,7segundos de arco,comparado ao de Saturno que é de 16 a 20 segundos e o de Júpiter é de 32 a 45 segundos.[7]Emoposição,Urano é visível a olho nu em céus escuros, e é visível com um binóculo mesmo em áreas urbanas.[5]Em telescópios amadores cujo diâmetro daobjetivaseja de 15 a 23 cm, o planeta aparece como um pálido disco cinza com um distintoescurecimento de bordo.Com um telescópio de 25 cm ou maior, podem ser vistos os padrões das nuvens e alguns de seus maiores satélites, comoTitâniaeOberon.[52]

Estrutura interna[editar|editar código-fonte]

Comparação de tamanho entre a Terra e Urano
Diagrama do interior do planeta

A massa de Urano é de aproximadamente 14 vezes a terrestre, tornando-o o menos massivo dos planetas gigantes. Seu diâmetro é um pouco maior que o de Netuno e aproximadamente quatro vezes o terrestre, resultando em uma densidade de 1,27 g/cm3que o faz o segundo planeta menos denso, atrás de Saturno.[4][6]Este valor indica que ele é feito primariamente de gelos, tais como água, amônia e metano.[14]A massa total de gelo no interior do planeta não é conhecida com precisão, visto que valores diferentes aparecem dependendo do modelo escolhido; deve estar entre 9,3 e 13,5 massas terrestres.[14][53]Hidrogênioehélioconstituem uma pequena parte do total, entre 0,5 e 1,5 massas terrestres. O restante da massa que não é gelo (de 0,5 a 3,7 massas terrestres) é consideradomaterial rochoso.[14]

O modelo padrão da estrutura de Urano é que o planeta consiste de três camadas: umnúcleorochoso desilicatos/ferro-níquelno centro, ummantode gelo no meio e uma atmosfera de hidrogênio/hélio.[14][54]O núcleo é relativamente pequeno, com uma massa de apenas 0,55 massas terrestres e um raio inferior a 20% do planeta; o manto compreende a maior parte do planeta, com aproximadamente 13,4 massas terrestres, enquanto a atmosfera superior tem uma massa de aproximadamente 0,5 massas terrestres e se estende pelos 20% restantes do raio planetário.[14][54]A densidade do núcleo é de 9 g/cm3,com uma pressão no centro de 8 milhões debars(800GPa) e uma temperatura aproximada de 5 000K.[53][54]O manto gelado não é composto de fato pelo gelo convencional, mas de um fluido quente e denso consistindo de água, amônia e outros voláteis.[14][54]Esse fluido, que tem uma altacondutividade elétrica,é algumas vezes chamado de oceano de água-amônia.[55]A composição principal de Urano e Netuno é bem diferente da de Júpiter e Saturno, com o gelo dominando sobre os gases, assim justificando sua classificação em separado comogigantes gelados.Pode existir uma camada deágua iônica,onde as moléculas de água se quebram em uma sopa de íons de hidrogênio e oxigênio, e uma região mais profunda deágua superiônica,em que o oxigênio cristaliza mas os íons hidrogênio se movem livremente na estrutura do oxigênio.[56]

Enquanto o modelo acima é considerado o padrão, não é o único; outros modelos também satisfazem as observações. Por exemplo, se uma quantidade substancial de hidrogênio e material rochoso for misturada ao manto de gelo, a massa total de gelos no interior seria menor, e assim a massa total de rochas e hidrogênio seria maior. Atualmente os dados disponíveis não permitem determinar qual é o modelo correto.[53]A estrutura interior do fluido em Urano significa que não há superfície sólida. A atmosfera gasosa gradualmente transita para as camadas internas líquidas.[14]Por questão de conveniência, umesferoide oblatogiratório fixo no ponto em que a pressão atmosférica é igual a 1 bar (100 kPa) é condicionalmente designado como a "superfície". Tem um raiopolare equatorial de25 559 ± 4e24 973 ± 20 km,respectivamente.[4]Esta superfície será usada através do artigo como o ponto zero para aaltitude.

Calor interno[editar|editar código-fonte]

Ocalor internode Urano parece ser acentuadamente menor que o de outros planetas gigantes; em termos astronômicos, tem umfluxo termalmenor.[16][57]Ainda não se sabe por quê a temperatura interna de Urano é tão baixa. Netuno, que tem um tamanho e composição similar, irradia 2,61 vezes mais energia no espaço do que recebe do Sol.[16]Urano, por outro lado, irradia apenas uma pequena parte do excesso de calor. A energia total irradiada pelo planeta na parte do espectro doinfravermelho distante(ou seja,calor) é1,06 ± 0,08vezes a energia solar absorvida na atmosfera.[8][58]De fato, o fluxo de calor uraniano é de apenas0,042 ± 0,047 W/m2,que é menor que o fluxo interno de calor terrestre de aproximadamente 0,075W/m2.[58]A menor temperatura registrada natropopausade Urano foi de 49 K (–224 °C), tornando-o o planeta mais frio do Sistema Solar.[8][58]

Uma das hipóteses para estas discrepâncias sugere que quando Urano foi atingido por um grande impacto, que expeliu a maior parte do seu calor primordial, ele foi deixado com uma temperatura mais baixa no núcleo.[59]Outra hipótese é de que existe algum tipo de barreira nas camadas superiores na atmosfera que impede o calor do núcleo de atingir a superfície.[14]Por exemplo, pode acontecer convecção em um conjunto de camadas de diferentes composições, que podem inibir acondução do calor.[8][58]

Atmosfera[editar|editar código-fonte]

Urano peloTelescópio Espacial James Webb(fevereiro de 2023).
Ver artigo principal:Atmosfera de Urano

Embora não exista uma superfície sólida bem definida no interior de Urano, a parte mais externa da camada gasosa que é acessível aosensoriamento remotoé chamada deatmosfera.[8]O sensoriamento remoto consegue penetrar até aproximadamente 300 km abaixo da pressão de nível de 1 bar (100 kPa), com uma pressão correspondente por volta de 100 bar (10 MPa) e temperatura de 320K.[60]A tênuecoroada atmosfera se estende consideravelmente até dois raios planetários a partir da superfície nominal de 1 bar de pressão.[61]A atmosfera uraniana pode ser dividida em três camadas: atroposfera,entre as altitudes de −300 e 50 km com pressão de 100 a 0,1 bar; aestratosfera,atravessando altitudes entre 50 e 4 000 km e pressões entre0,1 e 10−10bar;e atermosfera/coroa estendendo-se de uma altitude de 4 000 km a vários raios a partir da superfície nominal de 1 bar de pressão.[8]Ao contrário daatmosfera terrestre,a uraniana não possuimesosfera.

Composição[editar|editar código-fonte]

A composição da atmosfera uraniana é diferente do resto do planeta, consistindo principalmente dehidrogênio moleculare hélio.[8]A fração molar de hélio, o número deátomosde hélio pormoléculade gás, é de0,15 ± 0,03[10]na atmosfera superior, o que corresponde a uma fração de massa de0,26 ± 0,05.[8][58]O valor é muito próximo à fração de massa de hélio protossolar de0,275 ± 0,01,[62]indicando que o hélio não se assentou no centro do planeta como nos outros gigantes gasosos. O terceiro mais abundante constituinte da atmosfera é o metano(CH4).O metano tem uma proeminentebanda de absorçãonoespectro visívele noinfravermelho próximo,deixando a cor do planetaágua-marinhaouciano.As moléculas de metano correspondem a 2,3% da atmosfera por fração molar ao nível de pressão de 1,3 bar (130 kPa); isto representa aproximadamente 20 a 30 vezes a abundância de carbono encontrada no Sol.[8][9][63]A relação de mistura, isto é, o número de moléculas do composto por molécula de hidrogênio, é muito menor do que na atmosfera superior, devido à sua temperatura extremamente baixa, que diminui o nível de saturação e causa o congelamento do excesso de metano.[64]A abundância de compostos menos voláteis tais como amônia, água esulfeto de hidrogêniono interior da atmosfera não é bem explicada. Estes compostos têm provavelmente valores maiores que os solares.[8][65]Junto ao metano, são encontrados na estratosferatraçosde várioshidrocarbonetos,os quais se acredita serem produzidos a partir do metano pelafotóliseinduzida pela radiação solarultravioleta.[66]Os compostos incluemetano(C2H6),acetileno(C2H2),metilacetileno(CH3C2H)ediacetileno(C2HC2H).[64][67][68]Aespectroscopiatambém revelou traços de vapor de água,monóxido de carbonoedióxido de carbonona atmosfera superior, que só podem ter se originado de uma fonte externa, como poeira decometas.[67][68][69]

Troposfera[editar|editar código-fonte]

Perfil de temperatura da troposfera e estratosfera inferior. Nuvens e camadas de névoa também são indicadas

A troposfera é a parte mais baixa e densa da atmosfera, sendo caracterizada pela diminuição da temperatura à medida que aumenta a altitude.[8]A temperatura cai de aproximadamente 320 K na base da troposfera nominal, a −300 km, até 53 K a 50 km.[60][63]A temperatura na região mais fria da troposfera (atropopausa) na verdade varia numa faixa de 49 e 57 K, dependendo dalatitudeplanetária.[8][57]A região da tropopausa é responsável pela maior parte das emissões térmicas de infravermelho próximo do planeta, assim determinando suatemperatura efetivade59,1 ± 0,3 K.[57][58]

Acredita-se que troposfera possui uma complexa estrutura de nuvens; lança-se a hipótese da existência de nuvens de água abaixo da faixa de pressão de50 a 100 bar(5 a 10 MPa), nuvens dehidrosulfeto de amôniana faixa de20 a 40 bar(2 a 4 MPa), nuvens de amônia ou sulfeto de hidrogênio entre 3 e 10 bar (0,3 a 1 MPa) e finalmente finas nuvens de metano detectadas diretamente a1 a 2 bar(0,1 a 0,2 MPa).[8][9][60][70]A troposfera é uma parte muito dinâmica da atmosfera, exibindo fortes ventos, nuvens brilhantes e mudanças sazonais, que são todas discutidas abaixo.[16]

Atmosfera superior[editar|editar código-fonte]

A camada do meio da atmosfera uraniana é aestratosfera,onde a temperatura no geral aumenta com a altitude, indo de 53 K natropopausapara entre 800 e 850 K na base da termosfera.[61]O calor da estratosfera é causado pela absorção da radiação UV e IR solar pelo metano e outroshidrocarbonetos,[71]que são formados nesta parte da atmosfera como resultado dafotólisedo metano.[66]O calor também é conduzido a partir da termosfera quente.[71]Os hidrocarbonetos ocupam uma camada relativamente estreita em altitudes entre 100 e 300 km, correspondentes a uma faixa de pressão de 10 a 0,1 mbar (1 000 a 10 kPa) e temperaturas entre 75 e 170 K.[64][67]Os hidrocarbonetos mais abundantes são metano,acetilenoeetanocom uma razão de mistura de aproximadamente 10−7em relação ao hidrogênio. A razão de mistura domonóxido de carbonoé similar nestas altitudes.[64][67][69]A razão de mistura de hidrocarbonetos mais pesados edióxido de carbonoé três ordens de magnitude inferior.[67]A taxa de abundância de água é de aproximadamente 7×10−9.[72]Etano e acetileno tendem a condensar na parte inferior da estratosfera e tropopausa (abaixo do nível de 10 mBar) formando as camadas de névoa,[66]que podem em parte ser responsáveis pela aparência uniforme de Urano. A concentração de hidrocarbonetos na estratosfera uraniana acima da névoa é significativamente menor que na estratosfera de outros planetas gigantes.[64][73]

A parte mais externa da atmosfera uraniana é formada pela termosfera e coroa, que tem uma temperatura uniforme em torno de 800 a 850 K.[8][73]As fontes de calor necessárias para manter tais valores altos não são compreendidas, uma vez que nem a radiação UV solar nem a atividadeauroralpodem fornecer a energia necessária. A fraca eficiência de resfriamento devido à falta de hidrocarbonetos na estratosfera superior a 0,1 mBar pode contribuir no fenômeno.[61][73]Além do hidrogênio molecular, a termosfera-coroa contém muitos átomos de hidrogênio livres. Sua pequena massa e as altas temperaturas explicam porque a coroa se estende além de 50 000 km ou dois raios planetários.[61][73]Esta coroa estendida é uma característica única de Urano.[73]Seu efeito inclui oarrastode pequenas partículas orbitando o planeta, causando uma depleção geral da poeira nos anéis uranianos.[61]A termosfera e a parte superior da estratosfera correspondem àionosferado planeta.[63]Observações demonstram que a ionosfera ocupa altitudes de 2 000 a 10 000 km.[63]A ionosfera uraniana é mais densa que a de Saturno e Netuno, o que pode ser causado pela pequena concentração de hidrocarbonetos na estratosfera.[73][74]A ionosfera é sustentada principalmente pela radiação UV solar e sua densidade depende daatividade solar.[72]A atividade auroral é insignificante quando comparada à de Júpiter e Saturno.[73][75]

Anéis planetários[editar|editar código-fonte]

Ver artigo principal:Anéis de Urano
Anéis interiores de Urano. O anel brilhante externo é oanel ε;oito outros anéis estão presentes
Sistema de anéis uraniano

Urano tem um complexo sistema deanéis planetários,que foi o segundo a ser descoberto no Sistema Solar após osde Saturno.[76]Os anéis são compostos de partículas extremamente escuras, cujo tamanho varia de micrômetros a frações de um metro.[15]Atualmente são conhecidos treze anéis, sendo o mais brilhante o anel ε. Com exceção de dois, os anéis são muito estreitos, com poucos quilômetros de extensão. São provavelmente jovens; considerações dinâmicas indicam que eles não se formaram com o planeta. A matéria dos anéis pode ter sido parte de um planeta gelado cerca de uma a três vezes a massa da Terra[77]que se fragmentou em um impacto de alta velocidade. Dos inúmeros fragmentos que se formaram como resultado deste impacto, somente poucas partículas sobreviveram em zonas estáveis limitadas, correspondentes aos atuais anéis.[76][78]

William Herschel descreveu um possível anel em torno de Urano em 1789. Esta observação é geralmente considerada duvidosa, pois os anéis são relativamente fracos, e nos dois séculos seguintes nenhum outro foi registrado por observadores. Todavia Herschel fez uma precisa descrição do tamanho do anel ε, seu ângulo relativo à Terra, cor vermelha, e mudanças aparentes enquanto Urano transitava em torno do Sol.[79][80]O sistema de anéis foi definitivamente descoberto em 10 de março de 1977 porJames L. Elliot,Edward W. Dunham, eDouglas J. MinknoKuiper Airborne Observatory.A descoberta foi acidental; eles planejavam utilizar aocultaçãoda estrela SAO 158687 por Urano para estudar a atmosfera do planeta. Quando suas observações foram analisadas, eles descobriram que a estrela tinha desaparecido rapidamente cinco vezes antes e depois de ser ocultada pelo planeta. Eles concluíram que deveria existir um sistema de anéis ao redor do planeta.[81]Mais tarde, eles detectaram quatro outros anéis.[81]Os anéis foram fotografados diretamente quando aVoyager 2passou pelo planeta. A sonda também descobriu outros dois anéis fracos, elevando o número para onze.[15]

Em dezembro de 2005, oTelescópio Espacial Hubbledetectou um par de anéis desconhecidos. O maior é localizado no dobro da distância do planeta do que os outros anéis conhecidos. Estes dois anéis estão tão longe do planeta que foram denominados sistema de anéis "exteriores". O Hubble detectou também dois pequenos satélites, um dos quais,Mab,compartilha a órbita com o anel exterior recém-descoberto. Os novos anéis aumentaram a quantidade total para treze.[82]Em abril de 2006, imagens dos novos anéis feitas com oObservatório Keckrevelaram as suas cores: o mais externo é azul e o outro, vermelho.[83][84]Uma hipótese a respeito do anel exterior azul é de que seja composto por minúsculas partículas de gelo da superfície de Mab que são pequenas o suficiente para espalhar a luz azul.[83][85]Em contraste, os anéis interiores parecem ser cinza.[83]

Campo magnético[editar|editar código-fonte]

O campo magnético de Urano conforme observado pelaVoyager 2em 1986. S e N são os polos magnéticos sul e norte

Antes da chegada daVoyager 2não havia sido feita nenhuma medição damagnetosferauraniana, portanto sua natureza permanecia um mistério. Antes de 1986, astrônomos esperavam que ocampo magnéticode Urano fosse alinhado aovento solar,uma vez que estaria alinhado com os polos do planeta que estão situadas naeclíptica.[86]

As observações daVoyagerrevelaram que o campo magnético é peculiar por não ser originado no centro geométrico do planeta e porque tem uma inclinação de 59º em relação ao eixo de rotação.[86][87]De fato, o dipolo magnético é deslocado do centro em direção ao polo sul rotacional por quase um terço do raio planetário. Esta geometria incomum resulta em uma magnetosfera altamente assimétrica, na qual o campo magnético na superfície no hemisfério sul pode ser tão baixa quanto 0,1gauss(10µT), enquanto que no hemisfério norte pode ser tão forte quanto 1,1 gauss (110 µT). O campo magnético na superfície é de 0,23 gauss (23 µT).[86]Em comparação, o campo magnético terrestre é quase igualmente forte em qualquer dos polos, e o "equador magnético" é aproximadamente paralelo ao equador geográfico.[87]O momento de dipolo de Urano é 50 vezes o terrestre.[86][87]O campo magnético de Netuno tem um deslocamento e inclinação similar, sugerindo que esta pode ser uma característica dos gigantes de gelo.[87]Uma hipótese é que, ao contrário dos campos magnéticos dos planetas telúricos e gigantes gasosos, que são gerados dentro de seus núcleos, os campos magnéticos dos gigantes de gelo são gerados pelo movimento em profundidades relativamente baixas de, por exemplo, o oceano de água-amônia.[55][88]

Apesar do seu curioso alinhamento, outros aspectos da magnetosfera uraniana são como os de outros planetas: ela tem umchoque em arcolocalizado a aproximadamente 23 raios planetários à frente, umamagnetopausaa 18 raios uranianos, e umamagnetocaudaecinturão de radiaçãocompletamente desenvolvidos.[86][87][89]Em geral, a estrutura da magnetosfera de Urano é diferente da jupiteriana e mais similar à de Saturno.[86][87]A magnetocauda arrasta-se por trás do planeta para dentro do espaço por milhões de quilômetros e é deformada pelo movimento lateral de rotação formando um grande saca-rolhas.[86][90]

A magnetosfera contémpartículas carregadas:prótons(protões) eelétrons(eletrões) com uma pequena quantidade de íons (iões) deH2+.[87][89]Nenhum íon pesado foi detectado. Muitas destas partículas provavelmente derivam da coroa atmosférica quente.[89]A energia dos íons e elétrons podem ser de até 4 e 1,2megaeletronvolt,respectivamente.[89]A densidade de íons de baixa energia (1kiloelétrovolt) na magnetosfera interior é de aproximadamente 2 cm−3.[91]A população de partículas é fortemente afetada pelas 28 luas uranianas[77]que varrem a magnetosfera deixando notáveis lacunas. O fluxo de partículas é forte o suficiente para causar o escurecimento ouerosão espacialda superfície das luas em uma escala astronômica relativamente rápida de 100 000 anos.[89]Isto pode ser a causa da cor escura das luas e anéis.[78]Urano tem uma aurora relativamente bem desenvolvida, que é vista como arcos brilhantes em volta de ambos os polos magnéticos.[73]Ao contrário de Júpiter, a aurora uraniana parece ser insignificante no balanço de energia da termosfera planetária.[75]

Clima[editar|editar código-fonte]

Ver artigo principal:Clima de Urano
Hemisfério sul de Urano na cor próxima do real (esquerda) e em comprimentos de onda curtos (direita), mostrando as faixas de nuvens fracas e a "capa" atmosférica conforme vista pelaVoyager 2

Nos comprimentos de onda visível e ultravioleta, a atmosfera uraniana é notavelmente uniforme em comparação aos outros gigantes gasosos, inclusive Netuno, que de outros modos se assemelha a Urano.[16]Quando aVoyager 2sobrevoou o planeta em 1986, observou um total de dez formações de nuvens em todo o planeta.[15][92]Uma explicação para essa escassez de detalhes é que o calor interno parece ser acentuadamente menor que o de outros planetas gigantes. A menor temperatura registrada na tropopausa de Urano foi de 49 K, tornando-o o planeta mais frio do Sistema Solar.[8][58]

Estruturas de faixas, ventos e nuvens[editar|editar código-fonte]

Velocidade do vento em diferentes zonas de Urano. Áreas sombreadas mostram o colar do sul e sua futura contraparte ao norte. A curva vermelha é um ajuste simétrico para os dados

Em 1986 aVoyager 2descobriu que o hemisfério sul visível de Urano pode ser dividido em duas regiões: uma calota polar brilhante e uma faixa equatorial escura (ver figura ao lado).[15]Sua fronteira está localizada a aproximadamente -45 graus de latitude. Um faixa estreita de -45 a -50 graus de latitude é a mais brilhante grande característica visível na superfície do planeta.[15][93]É chamada de "colar" do sul. Acredita-se que a calota e o colar seja uma região densa de nuvens de metano localizadas dentro de uma faixa de pressão de 1,3 a 2 bar (ver acima).[94]Além da estrutura de faixas em larga escala, aVoyager 2observou dez pequenas nuvens brilhantes, a maioria situada vários graus ao norte do colar.[15]Em todos os outros aspectos Urano parecia, em 1986, um planeta dinamicamente morto. Infelizmente a sonda chegou durante o verão do hemisfério sul e não pôde observar o hemisfério norte. No início do século XXI, quando a região polar norte tornou-se visível, o Telescópio Espacial Hubble e o telescópio Keck inicialmente não observaram nenhum colar ou calota polar no hemisfério norte. Urano parecia então ser assimétrico: brilhoso perto do polo sul e uniformemente escuro na região norte do colar sul.[93]Em 2007, quando Urano passou pelo seu equinócio, o colar sul quase desapareceu, enquanto um fraco colar surgiu ao norte próximo a 45 graus de latitude.[95]

A primeira mancha negra observada em Urano. Imagem obtida pelaAdvanced Camera for Surveysdo Hubble em 2006

Na década de 1990, o número de nuvens brilhantes observadas aumentou consideravelmente, em parte por causa das novas técnicas disponíveis de imagem em alta resolução. A maioria foi encontrada no hemisfério norte conforme ele se tornou visível.[16]Uma explicação preliminar - que as nuvens brilhantes são mais fáceis de serem identificadas na parte escura do planeta, pois no hemisfério sul o colar brilhante as disfarça - mostrou ser incorreta: de fato, o número verdadeiro de nuvens brilhantes aumentou consideravelmente.[96][97]Mesmo assim havia diferenças entre as nuvens em cada hemisfério. As nuvens no norte são menores, mais nítidas, mais brilhantes e parecem residir em altitudes mais altas.[97]O tempo de vida das nuvens varia em várias ordens de magnitude. Algumas pequenas duram horas enquanto pelo menos uma ao sul pode ter persistido desde o sobrevoo daVoyager 2em 1986.[16][92]Observações recentes também revelaram que tais nuvens têm muito em comum com as de Netuno.[16]Por exemplo, a mancha escura observada em Netuno nunca tinha sido observada em Urano antes de 2006, quando a primeira mancha desse tipo foi fotografada.[98]Especula-se que Urano se torne mais parecido com Netuno durante sua estação equinocial.[99]

O rastreamento de várias nuvens permitiu a determinação de ventos de latitude na troposfera superior de Urano. No equador os ventos são retrógrados, o que significa que seu sentido é oposto ao movimento de rotação do planeta, com velocidades de −100 a −50 m/s.[16][93]A velocidade do vento aumenta com a distância do equador alcançando o valor zero perto da latitude de ±20°, onde está a temperatura mínima da troposfera.[16][100]Perto dos polos, os ventos mudam para a direção prógrada, fluindo com a rotação do planeta. A velocidade continua a aumentar atingindo o máximo na latitude de ±60° antes de retornar a zero nos polos. A velocidade do vento na latitude de -40° varia entre 150 e 200 m/s. Uma vez que o colar oculta todas as nuvens abaixo deste paralelo, é impossível medir velocidades entre ele e o polo sul. Por outro lado, no hemisfério norte velocidades máximas de até 240 m/s são observadas perto da latitude de 50°.[16][93][101]

Variação sazonal[editar|editar código-fonte]

Urano em 2005. Anéis, colar sul e nuvens brilhantes no hemisfério norte são visíveis (imagem daAdvanced Camera for Surveys do Hubble)

Por um curto período entre março e maio de 2004, várias nuvens grandes surgiram na atmosfera de Urano, dando ao planeta uma aparência semelhante a Netuno.[97][102]As observações incluíram uma quebra do recorde de velocidade do vento de 229 m/s (824 km/h) e uma persistente tempestade com trovões apelidada de "fogos de artifício de quatro de julho".[92]Em 23 de agosto de 2006 pesquisadores doSpace Science Institute(Boulder, CO) e da Universidade de Wisconsin observaram uma mancha negra na superfície, fornecendo aos astrônomos uma maior compreensão da atividade atmosférica do planeta.[98]Não é compreendido como esta repentina elevação na atividade surgiu, mas parece que a inclinação axial extrema resulta em variações sazonais extremas no tempo.[47][99]Determinar a natureza das variações sazonais é difícil porque dados satisfatórios da atmosfera existem há menos de 84 anos, ou um ano uraniano completo. Um grande número de descobertas tem sido feito. Afotometriaao longo de metade do ano uraniano (começando na década de 1950) tem demonstrado uma variação regular de brilho em duas áreas do espectro, com o máximo ocorrendo nossolstíciose o mínimo nosequinócios.[103]Uma variação periódica similar, com os máximos nos solstícios, tem sido observada nas medições demicroondasda troposfera profunda.[104]Medições de temperatura naestratosferainiciadas na década de 1970 também mostraram valores máximos perto do solstício de 1986.[71]Acredita-se que a maioria desta variabilidade ocorre devido a mudanças na geometria de observação.[96]

Existem razões para acreditar que estão acontecendo mudanças físicas sazonais em Urano. Enquanto o planeta é conhecido por ter uma brilhante região polar no sul, o polo norte é escuro, o que é incompatível com o modelo de mudanças sazonais descrito acima.[99]Durante o anterior solstício do norte, em 1944, Urano mostrava elevados níveis de brilho, o que sugere que o polo norte não foi sempre escuro.[103]Esta informação implica que o polo visível clareia antes do solstício e escurece após o equinócio. Análises detalhadas de dados de microondas e luz visível revelaram que as mudanças periódicas de brilho não são completamente simétricas nos solstícios, que indicam também mudanças nos padrões meridionais dealbedos.[99]Finalmente, na década de 1990, à medida que Urano se afastava do seu solstício, o Hubble e telescópios terrestres revelaram que a calota polar no sul escureceu consideravelmente (exceto o colar sul, que permanece brilhante),[94]enquanto o hemisfério norte demonstrou aumento de atividade,[92]tais como formação de nuvens e ventos mais fortes, sustentando a expectativa de que deveria clarear em breve.[97]Isto de fato aconteceu em 2007 quando o planeta passou pelo equinócio: um fraco colar no norte surgiu, enquanto o colar no sul se tornou praticamente invisível, embora o perfil das zonas de ventos tenha permanecido levemente assimétrico, com os ventos do norte sendo mais lentos que os do sul.[95]

O mecanismo de mudanças físicas ainda não é compreendido.[99]Perto dos solstícios de verão e inverno, os hemisférios uranianos situam-se alternadamente ou no brilho total dos raios solares ou diante do espaço profundo. Acredita-se que o aumento de brilho do hemisfério iluminado seja resultado do espessamento de nuvens de metano e camadas de névoa localizadas na troposfera. O colar brilhante na latitude -45º também é associado com nuvens de metano. Outras mudanças na região polar sul podem ser explicadas pelas mudanças nas camadas inferiores de nuvens.[94]A variação da emissão de microondas do planeta é provavelmente causada pela mudança nacirculaçãoda troposfera profunda, porque nuvens polares compactas e névoa podem inibir a convecção.[105]Agora que os equinócios de outono e primavera estão próximos, as dinâmicas estão mudando e a convecção pode ocorrer novamente.[92][105]

Formação[editar|editar código-fonte]

Ver artigo principal:Formação e evolução do Sistema Solar

Muitos argumentam que as diferenças entre os gigantes de gelo e os gigantes gasosos se estendem à sua formação. Acredita-se que o Sistema Solar tenha se formado a partir de uma bola gigante de gás e poeira conhecida comonebulosa pré-solar.Grande parte dos gases da nebulosa, principalmente hidrogênio e hélio, formaram o Sol, enquanto os grãos de poeira se aglutinaram para formar os primeiros protoplanetas. Conforme os planetas cresciam, alguns eventualmente sofreramacreçãode matéria suficiente para a sua gravidade prender o resto de gás remanescente da nebulosa. Quanto mais gás prendiam, maiores se tornavam; quanto maiores se tornavam, mais gás conseguiam prender até chegar a um ponto crítico, e seu tamanho começou a crescer exponencialmente. Os gigantes de gelo, com apenas algumas massas terrestres de gás da nebulosa, nunca alcançaram este ponto crítico.[106][107][108]Simulações recentes demigração planetáriatêm sugerido que ambos os gigantes de gelo se formaram mais perto do Sol do que suas atuais posições, e se moveram para o exterior mais tarde, uma hipótese detalhada pelomodelo de Nice.[106]

Satélites[editar|editar código-fonte]

Ver artigo principal:Satélites de Urano
Maiores luas de Urano em ordem crescente de distância (esquerda para direita), em seus tamanhos relativos apropriados ealbedos(colagem de fotografias daVoyager 2)

Urano tem 28satélites naturaisconhecidos,[108]os nomes dos quais foram escolhidos a partir de personagens das obras deWilliam ShakespeareeAlexander Pope.[54][109]Os cinco principais sãoMiranda,Ariel,Umbriel,TitâniaeOberon[54]A massa total dos satélites uranianos é a menor entre os gigantes gasosos; de fato, a massa combinada dos cinco maiores seria menor que a deTritão,o maior satélite de Netuno.[6]O maior dos satélites, Titânia, tem um raio de somente 788,9 km, menos da metade do raio da Lua mas um pouco maior queReia,a segunda maior lua de Saturno, fazendo de Titânia aoitava maior luado Sistema Solar. Os satélites têm albedos relativamente baixos, variando de 0,20 paraUmbriela 0,36 paraAriel.[15]As luas são conglomerados compostos por aproximadamente de 50% de gelo e 50% de rocha, do qual o gelo pode incluir amônia e dióxido de carbono.[78][110]

Ariel parece ter a superfície mais jovem e tem menor quantidade de crateras de impacto, enquanto a de Umbriel parece ser a mais velha.[15][78]Mirandaé um dos corpos mais estranhos do Sistema Solar comcânionsde 20 km de profundidade e uma mistura característica de superfícies antigas e novas.[15]Acredita-se que sua atividade geológica tenha sido orientada poraquecimento de marésnuma época em que sua órbita era mais excêntrica que a atual, provavelmente como resultado daressonância orbitalde 3:1 anteriormente mantida com Umbriel.[111]Processos derifteassociados com a ascensão dediapirossão provavelmente a origem da suacoronacom aparência de pista de corrida.[112][113]Do modo similar, acredita-se que Ariel tenha tido ressonância de 4:1 com Titânia.[114]

Abaixo tem uma lista com os cinco principais satélites naturais de Urano comparados por tamanho.

Cinco maiores satélites naturais de Urano
Nome Imagem Diâmetro

(em quilômetros)

Massa

(em 10^15kg)

Semi-eixo maior

(em quilômetros)

Referências
Titânia 1577,8 ± 3,6 3 419 961 436 300 [115][116][117]
Oberon 1522,8 ± 5,2 2 883 438 583 500 [118][116][117]
Umbriel 1169,4 ± 5,6 1 221 414 266 000 [119][116][117]
Ariel 1157,8 ± 1,2 1 294 849 190 900 [120][116][117]
Miranda 471,6 ± 1,4 65 941 129 900 [121][116][117]

Exploração[editar|editar código-fonte]

Urano crescente fotografado pelaVoyager 2,quando a sonda estava partindo para Netuno
Ver artigo principal:Exploração de Urano

Em novembro de 1985, a sonda interplanetáriaVoyager 2iniciou osobrevoodo planeta atingindo a distância mais próxima em 24 de janeiro de 1986, chegando a 81 500 km do planeta, antes de continuar sua jornada para Netuno.[122]A sonda estudou a estrutura e composição química da atmosfera uraniana incluindo o clima, único entre os planetas do sistema solar, provocado pela inclinação axial de 97,77°,[63]os cinco maiores satélites e os nove anéis até então conhecidos.[15][78][123]A sonda também estudou o campo magnético, sua estrutura irregular e a inclinação que formam uma magnetocauda em forma de saca-rolha por causa de sua orientação.[86]AVoyager 2também descobriu outros dez satélites e mais dois anéis, nomeados posteriormente comolambda (λ)eZeta (ζ).[15]

A possibilidade de enviar a sondaCassinia Urano foi avaliada em 2009 num plano de prolongar a missão da sonda. Ela levaria cerca de 20 anos para chegar ao sistema uraniano após deixar Saturno.[124]Umasonda e satélite uranianosforam recomendados pelo projetoPlanetary Science Decadal Surveyde 2013-2022 publicado em 2011; a proposta inclui o lançamento entre 2020-2023 e uma viagem de 13 anos até o planeta.[125]AAgência Espacial Europeiaavaliou uma missão de "classe-média" chamadaUranus Pathfinder.[126]

Em agosto de 2004 oTelescópio Espacial Hubblefoi utilizado para observação do planeta tendo descoberto mais dois satélites e dois anéis. Observações posteriores feitas por telescópios em solo registraram imagens em infravermelhos de somente um dos anéis recém descobertos. Cientistas sugerem que esta diferença de observação indique uma origem diferente para os dois anéis recém descobertos. O externo, não visualizado pelas observação terrestre em infravermelho, teria sido formado pela colisão de asteróides no satéliteMabenquanto o interno seria composto de partículas menores semelhantes a poeira e com uma coloração vermelha.[122]

Ver também[editar|editar código-fonte]

Notas

  1. ↑Traduzido do original: The power I had on when I first saw the comet was 227. From experience I know that the diameters of the fixed stars are not proportionally magnified with higher powers, as planets are; therefore I now put the powers at 460 and 932, and found that the diameter of the comet increased in proportion to the power, as it ought to be, on the supposition of its not being a fixed star, while the diameters of the stars to which I compared it were not increased in the same ratio. Moreover, the comet being magnified much beyond what its light would admit of, appeared hazy and ill-defined with these great powers, while the stars preserved that lustre and distinctness which from many thousand observations I knew they would retain. The sequel has shown that my surmises were well-founded, this proving to be the Comet we have lately observed.
  2. ↑Traduzido do original: In the fabulous ages of ancient times the appellations of Mercury, Venus, Mars, Jupiter and Saturn were given to the Planets, as being the names of their principal heroes and divinities. In the present more philosophical era it would hardly be allowable to have recourse to the same method and call it Juno, Pallas, Apollo or Minerva, for a name to our new heavenly body. The first consideration of any particular event, or remarkable incident, seems to be its chronology: if in any future age it should be asked, when this last-found Planet was discovered? It would be a very satisfactory answer to say, 'In the reign of King George the Third'.
  3. ↑Tradução livre: Um globo colocado debaixo da primeira letra de seu nome de família

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