أورانوس

اورانوس

Uranus - Uranus

أورانوس

محمد خالد شاهين

أورانوس Uranus سابع كواكب المجموعة الشمسية بعداً عن الشمس. كان وليم هيرشل William Herschel أول من أدرك ذلك في 15 آذار/ مارس من العام 1781، إذ كان أورانوس قبل ذلك التاريخ يُعدَّ نجماً بعيداً، على الرغم من مراقبة عدة علماء فلك له بين عامي 1690 و1781، وذلك لأن حركته الظاهرية أبطأ بكثير من حركة كل من زحل Saturn والمشتري Jupiter.

حدَّد هيرشل أن مدار الكوكب أورانوس دائري تقريباً، ويقع خارج مداريّ زحل والمشتري. وأَطلق عليه اسم جورجيوم سيدوس Georgium Sidus (أي نجم جورج، تيمناً بالملك جورج الثالث الذي كان على العرش آنذاك). ثم اعتُمد اسم أورانوس بعد ذلك بعقود.

أهم الخصائص المميزة لأورانوس:

آ- الخصائص الفيزيائية:

يبلغ قطر الكوكب أورانوس 51118 كم، أما كتلته فتبلغ 8.68 × 10²⁵ كغ أي إنه أكثر ضخامة من الأرض بخمسة عشر ضعفاً (الشكل 1). وتشير الكثافة الظاهرية bulk density لأورانوس والتي تبلغ 1.290 غ/سم3 إلى أن له نواة صخرية محاطة بطبقات من السوائل والغازات المكوَّنة من الهدروجين والهليوم والمركَّبات الطيّارة volatile كالميتان CH4 ونواتج بلمرته polymerization (مثل C₄H₂ و C₂H₂ وغيرها). كما تبلغ انعكاسية albedo أورانوس 56% والتي تُعدُّ عالية مقارنة بانعكاسية المشتري وزحل. أما درجة حرارة «سطح» أورانوس المقيسة عند ضغط 1 بار (1 bar) فتبلغ -195سْ ، وهي أخفض من درجة حرارة «سطح» زحل.

الشكل (1) الكوكب أورانوس الصورة اليسرى حقيقية كما تراها العين، واليسرى مُعالجة لإظهار الفروقات.

ينشأ الحقل المغنطيسي لأورانوس من التحريض induction الناجم عن التيارات الكهربائية التي يتسبب بها تدفق البلازما plasma في داخله. وتفوق شدة الحقل المغنطيسي لأورانوس بخمسين ضعفاً تقريباً شدة الحقل المغنطيسي الأرضي. ويصنع حقل أورانوس المغنطيسي زاوية قدرها 58.6 سْ مع محور دورانه وهو مزاح عن مركز الكوكب، لذا فإن قطبية الحقل المغنطيسي لأورانوس معاكسة لقطبية الحقل المغنطيسي للأرض.

ب- الخصائص المدارية:

يدور أورانوس حول الشمس بدور قدره 84.099 سنة، ويبلغ طول نصف محوره الأكبر 19.18 وحدة فلكية. ويمثل ميل مستوي استواء equatorial plane أورانوس بالنسبة إلى مستوي مداره orbit، والذي يبلغ 97.9 سْ تقريباً، كما هو مبيّن بالشكل (2)، إحدى السمات المدهشة لهذا الكوكب. ونتيجةً لذلك يشير القطب الشمالي الجغرافي لأورانوس نحو الأسفل، وهذا ما يتسبب بدوران الكوكب إلى جانبه. وقد يعود السبب في هذه الظاهرة إلى اصطدام أورانوس في حقبة قديمة بجسم بحجم كوكب، وتسبب ذلك بتغيير جذري في دوران أورانوس. ونظراً للدوران غير المألوف لأورانوس يخضع الكوكب إلى تغيرات قصوى من حيث إضاءة الشمس له في أثناء كل فصل والذي يدوم 20 سنة. إذ تشع الشمس مباشرةً على أحد قطبيه طوال ربع سنة أورانية Uranian، مغرقة النصف الآخر من الكوكب في شتاء مظلم طويل.

الشكل (2) ميل مستوي استواء الكوكب أورانوس.

يستغرق أورانوس 18 ساعة تقريباً ليدور دورة كاملة حول محور دورانه. ولا يُعدّ شكل مدار أورانوس دائرياً تماماً، إذ يبلغ اختلاف المركز (التباعد المركزي) eccentricity قرابة 0.047. أما السرعة المدارية الوسطى لأورانوس فتقرب 6.83 كم/ثا، في حين يستغرق أورانوس 84 سنة أرضية لإتمام دورة كاملة على مداره حول الشمس. ويدور أورانوس- شأنه في ذلك شأن كوكب الزهرة Venus- من الشرق إلى الغرب. بلغ أورانوس نقطة الاعتدال equinox في كانون الأول/ ديسمبر من العام 2007، وكان عندها مضاءً كلياً نظراً لمرور الشمس فوق خط الاستواء لكوكب أورانوس. وسيكون القطب الشمالي لأورانوس موجهاً مباشرة نحو الشمس في العام 2028.

الغلاف الجوي لأورانوس:

يتألف الغلاف الجوي لأورانوس من الهدروجين (83%) والهليوم (15%) والميتان (2 %). أما الواحد بالمئة المتبقية فتشتمل على بعض الغازات النبيلة nobles (النيون Ne والأرغون Ar والكريبتون Kr والكزنون Xe) وبعض المركَّبات الطيَّارة (مثل الأكسجين وبخار الماء والأمونيا NH₃ وكبريتيد الهدروجين H₂S وغيرها). تشبه التركيبة الكيمياوية للغلاف الجوي لأورانوس عموماً التركيبة الكيمياوية للشمس، ولكنها مسحوبة إلى درجات حرارة منخفضة من رتبة 200- °س. وتُعدّ نسبة الكربون إلى الهدروجين في الغلاف الجوي لأورانوس أعلى من ثلاثين إلى أربعين مرة من الشمس.

تشبه بنية الغلاف الجوي لأورانوس تلك للمشتري وزحل ونبتون على الرغم من ميل محور دورانه، والذي يجعل المناطق القطبية تستقبل ضوء الشمس أكثر من المناطق الاستوائية مع مرور الكوكب عبر نقطتي الحضيض perihelion والأوج aphelion من المدار.

ويمكن جعل أحزمة خطوط العرض latitudinal bands التي تبرز في الأغلفة الجوية لأورانوس وزحل؛ جلية للعين بوساطة تحسين الفروقات الصغيرة في اللون بمعونة الحاسوب كما هو مبيّن بالشكل (1). وتحافظ الرياح الشاملة التي تصل سرعتها إلى 200 م/ثا على أحزمة خطوط العرض في الغلاف الجوي لأورانوس. ويعزز اتجاه الرياح دوران الكوكب أو يعاكسه تبعاً لخط العرض. وقد كشفت الصور التي التقطتها المركبة الفضائية فويجر2 Voyager 2 (الشكل 3) عن وجود أعمدة plumes صاعدة من الهواء الدافئ التي تكوّن سحباً بيضاء مع برودة الهواء.

الشكل (3) صورة أورانوس الملتقطة بوساطة فويجر 2.

يوفر ضوء الشمس أساساً الطاقة التي تقود ديناميكية الغلاف الجوي لأورانوس، وتسهم الحرارة الداخلية في توفير تلك الطاقة بصورة ثانوية. وعلى النقيض من المشتري وزحل وحتى نبتون؛ فقدَ أورانوس معظم الحرارة التي تولّدت خلال تشكيله نتيجة اصطدامه بكويكبات صغيرة جداً من جهة وانضغاط الغازات بفعل الجاذبية من جهة أخرى.

وتزداد درجة حرارة الغلاف الجوي لأورانوس، تحت السطح المرجعي 100 ميلي بار (100 mbar) من -219سْ إلى قرابة -195سْ عند 1 بار، وإلى قرابة -123سْ عند 10 بار. كما تزداد درجة حرارة الغلاف الجوي فوق السطح المرجعي 100 ميلي بار (أي عند ضغط أخفض) تدريجياً إلى -163سْ عند ضغط 0.4 ميلي بار، ثم يتناقص عند ضغط غلاف جوي أخفض كما هو مبيّن بالشكل (4).

الشكل (4) تغير درجة حرارة الغلاف الجوي لأورانوس فوق وتحت السطح المرجعي عند 100 ميلي بار.

يتضمن الغلاف الجوي لأورانوس سحباً من الميتان تتكوّن عند ضغط يقرب 1.0 بار وعند درجات حرارة -195سْ عندها يتكثف بخار الميتان CH₄ ليصبح جليد الميتان. ولا يمكن لسحب الأمونيا أن تتكوّن إلا عند أعماق أكبر، يتجاوز معها الضغط 10 بار وتكون درجة الحرارة قرابة -93سْ. ولم تُشاهد مثل هذه السحب على أورانوس.

البنية الداخلية:

تسبَّب الدوران السريع لأورانوس بتشويه شكله إلى شبه كرة spheroid مفلطحة oblate، إذ يبلغ نصف قطره الاستوائي 25559 كم في حين يبلغ نصف قطره القطبي 24973 كم. وتكون بذلك درجة تفلطح oblateness أورانوس 2.29%، وهي قريبة من درجة تفلطح نبتون البالغة 1.71%، إلا أنها أقل من درجة تفلطح كل من المشتري (6.49%) وزحل (9.80%). وتقتضي تدني درجة تفلطح أورانوس اختلاف بنيته الداخلية عن تلك للمشتري وزحل. وتُعدّ الكثافة الظاهرية لأورانوس (1.290غ/سم3) والتي تفوق كثافة زحل (0.690غ/سم3) وتقرب من كثافة المشتري (1.314غ/سم3) مصدر معلومات آخر عن بنيته الداخلية.

وتدل الخصائص الفيزيائية والكتلة المنخفضة نسبياً لأورانوس على توافر نواة صخرية عند الضغط106 × 8 بار ودرجة حرارة 5000 كالفن. في حين تدل الكثافة العالية نسبياً لأورانوس على كونه مُخصباً بعناصر كيميائية ثقيلة مقارنة بالشمس. ويعتمد هذا الاستنتاج على العلاقة بين نصف قطر الكوكب وكتلته. إذ لو كان أورانوس مكوَّناً أساساً من الهدروجين والهليوم كما الشمس لما ولّدت كتلته المراقبة observed mass قوة جاذبية كافية لضغط هذه الغازات في جسم له نصف القطر المراقب. ومن ثَم لو كان أورانوس مكوناً بصورة رئيسية من الهدروجين والهليوم كما الشمس لكان له حجم أكبر مما هو عليه حالياً.

والاستنتاج العام الذي ينجم عن هذه الاعتبارات؛ أن داخل أورانوس يتكون من نواة مكوَّنة من عناصر تُشكل صخوراً على الكواكب الأرضية، نصف قطرها 4345 كم، تغلفها طبقة من الجليد السائل liquid ice، بسماكة 16102 كم، يعلوها خليط من الهدروجين والهليوم الجزيئي بسماكة 5110 كم، كما هو مبيّن بالشكل (5).

الشكل (5) البنية الداخلية لأورانوس.

يعدّ الهدروجين المكوِّن الأساسي للطبقة الخارجية لأورانوس، ويتحوَّل الهدروجين إلى الحالة السائلة بازدياد كل من درجة الحرارة والضغط اللذين يزدادان بازدياد العمق. إلا أن الهدروجين السائل لا يتحول إلى الحالة المعدنية لأن الضغط والحرارة في طبقة الهدروجين الخارجية لا يصلان إلى القيم اللازمة لهذا التحول.

وما يسمى بالجليد في داخل أورانوس، هو فعلياً مائع مائي aqueous ساخن ومضغوط بدرجة عالية يشتمل على الميتان والأمونيا ammonia ومركَّبات أخرى تكوّنت نتيجة تفاعلات كيميائية في هذه البيئة.

حلقات أورانوس:

للكوكب أورانوس إحدى عشرة حلقة كما هو مبيَّن بالشكل (6). وقد اكتُشفت حلقات أورانوس بفضل الكسوف النجمي stellar occultation الذي حدث في العام 1977، وبفضل فويجر 2 في العام 1986. ويبيّن الجدول (1) أنصاف أقطار هذه الحلقات الواسطية، والتي تُعرّف بأحرف من الأبجدية اليونانية وبأرقام.

الشكل (6) حلقات أورانوس كما صورتها فويجر 2.

الحلقة لامدا lambda التي اكتشفتها فويجر 2 مرئية بصعوبة بسبب كونها باهتة للغاية. والحلقة الثانية التي اكتشفتها فويجر 2 والمُسماة الحلقة 1986 U2R تقع تحت الحلقة 6 على مسافة 1500 كم. وتدور الحلقات ضمن المستوي الاستوائي، ومن ثَم لها ذات الميل الحاد عن المستوي المداري الذي يتسم به المستوي الاستوائي لأورانوس. ويبلغ عرض الحلقة إبسيلون epsilon الرئيسية 60 كم وتقع على مسافة 51149 كم عن مركز أورانوس وضمن حدود روش Roche للأجسام التي لها كثافة 2.0غ/سم3.

ولمدارات حلقات أورانوس الإهليلجية اختلافات مركزيتها (تباعدات مركزية) تراوح من 0.001 إلى 0.01. ويتميز مدار حلقة إبسيلون بأعلى اختلاف مركز. تتكون حلقات أورانوس- المبيَّنة بالشكل (6)- من جزيئات يراوح قطرها من 0.1 م إلى 10 م، ولا تتعدى انعكاسيتها 1.5%. ويبدو أن الجزيئات التي تشكل حلقات أورانوس مكوَّنة من خليط من الميتان والأمونيا الجليدية المطلية بغبار كربوني و/أو جزيئات عضوية. إضافةً إلى ذلك تتضمن الفجوات بين حلقات أورانوس مسحوقاً جليدياً powdered ice يصبح مرئياً عندما توفر الشمس إضاءة خلفية backlighted للحلقات. وتراوح سماكة حلقات أورانوس من 10 م إلى 100 م، وبذلك تراوح كتلتها المقدرة بين 10¹⁸ و 10¹⁹كغ.

ثمة فرضيات عدة تفسر منشأ حلقات أورانوس:

- إن جزيئات الحلقات هي بقايا من القرص الكوكبي الأولي protoplanetary disk أخفقت في التنامي لتشكيل ساتل satellite بسبب شدة المد والجزر tidal stresses.

- ثمة ساتل جليدي واحد أو أكثر قد تمزق بفعل قوى المد والجزر عندما تسبب اضمحلال مداراتها بوضعها ضمن حدود روش.

- ثمة ساتل واحد أو أكثر ممن ضلوا بعيداً عن حد روش قد تحطم نتيجة صدم مذنبات comets أو كويكبات asteroids لها ولم تتمكن من التجمع لتشكيل ساتل.

- ثمة كواكب دقيقة planetesimals في مدار حول الشمس قد التُقطت من قبل أورانوس وتهشمت.

سواتل أورانوس:

لأورانوس 21 ساتلاً، منها 11 صغيرة الحجم تقل أقطارها عن 150 كم. وقد أُطلق على جميع سواتل أورانوس- باسثناء اثنين- أسماء شخصيات من مسرحيات شكسبير. في حين استوحي اسما الساتلين الآخرين، بلندا Belinda وأومبريل Umbriel من شخصيات في مسرحية لألكسندر بوب Alexander Pope. تُصنَّف سواتل أورانوس في فئات ثلاث: الصغيرة، والتقليدية classical، والغريبة exotic. وقد اكتُشفت السواتل الصغيرة بفضل الصور التي سجلتها فويجر 2 إبان مقاربتها flyby لأورانوس في العام 1986، وتضم هذه الفئة: كوردليا Cordelia، وأوفليا Ophelia، وبيانكا
Bianca، وكرسيدا Cressida، وديسدمونا Desdemona، وجوليت Juliet، وبورشيا Portia، وروزالندا Rosalinda، والساتل 1986 U1D، وبلندا Belinda، وباك Puck. أما السواتل التقليدية، وعددها خمسة، فهي كبيرة بما فيه الكفاية لتُرى مقرابياً telescopically، وقد اكتُشفت قبل مقاربة فويجر وفق التسلسل الآتي: ميرندا Miranda في العام 1948، وأريل Ariel وأومبريل Umbriel في العام 1851، وتيتانيا Titania وأوبيرون Oberon في العام 1787. وتضم الفئة الثالثة من سواتل أورانوس التي تسمى السواتل الغريبة، والتي اكتُشفت لاحقاً في العام 1997 كلاً من كاليبان Caliban، وستيفانو Stephano، وسيكوراكس Sycorax، وبروسبيرو Prospero، وسيتيبوس Setebos.

تختلف كثافة السواتل التقليدية لكوكب أورانوس بشكل غير منتظم بازدياد المسافة التي تفصلها عن مركز الكوكب. ويبيّن الشكل (7) الكثافة الحجمية (الظاهرية) لبعض سواتل أورانوس بدلالة نصف المحور الكبير لها. وتبلغ الكثافة الحجمية لميرندا 1.350غ/سم3، وتلك لأريل 1.660غ/سم3، وتلك لأومبريل 1.510غ/سم3، ولتيتانيا 1.680غ/سم3، وأخيراً لأوبيرون 1.580.غ/سم3.

الشكل (7) الكثافة الظاهرية لبعض سواتل أورانوس.

ويبيّن الشكل (7) أيضاً الاقتران من حيث الأبعاد بين الساتل أريل والساتل أومبريل، وكذلك بين الساتل تيتيانيا والساتل أوبيرون. إذ يبلغ نصف قطر أريل 1160 كم ونصف قطر أومبريل 1170 كم. في حين يبلغ نصف قطر تيتانيا 1580 كم ونصف قطر أوبيرون 1520كم. من جهة أخرى، تبلغ انعكاسية أريل 40%، وانعكاسية تيتانيا 28%، وانعكاسية أوبيرون 24%، وانعكاسية أومبريل 19%.

تصوير أورانوس:

يختلف أورانوس عن غالبية كواكب المجموعة الشمسية الأخرى بكونه صغيراً للغاية، وهذا ما يجعل رؤيته أمراً صعباً حتى باستخدم المقاريب. يُضاف إلى ذلك أنه تفصله مسافة كبيرة للغاية عن الشمس، تبلغ وسطياً 2870 مليون كم، ومن ثَم فهو معتم dim جداً.

عند أخذ صور لأجسام صغيرة للغاية بحجم أورانوس، يكون من الصعب للغاية التحقق من التفاصيل التي تظهر بعد معالجة حدِّية للصور. ويمكن لآثار تشتت الغلاف الجوي atmospheric dispersion في الغلاف الجوي الأرضي تغطية معظم الكوكب، وهذا يجعل تمييز السمات أمراً افتراضياً.

ولتحديد التفاصيل على أورانوس على نحو لا لبس فيه، يتحتم تصوير أورانوس بصورة مباشرة عن قرب باستخدام مركبات فضائية مزوَّدة بمقاريب خاصة، أو بوساطة المقراب الفضائي هابل Hubble Space Telescope الذي حمله مكوك الفضاء الأمريكي في العام 1990 إلى مدار منخفض حول الأرض على ارتفاع 559 كم عن سطح الأرض، أو اعتماداً على المراصد الفلكية الأرضية الحديثة المتوضعة في أفضل مواقع الرصد الفلكي على الأرض، والمزودة بمقاريب متطورة.

لم تمر بالقرب من الكوكب أورانوس سوى مركبة فضائية واحدة هي فويجر 2 وذلك في كانون الثاني/ يناير من العام 1986. في حين قام المقراب الفضائي هابل بتصوير أورانوس مرات عديدة. كما تمكّن- في السنوات الأخيرة- المرصد الفضائي دبليو إم كيك W. M. Keck Observatory الواقع بالقرب من قمة ماونا كيا Mauna Kea في هاواي Hawaii الشكل (8)؛ من الحصول على صور بجودة صور هابل، وذلك باستخدام تقنيات البصريات المتكيّفة المتقدمة التي تسمح بتعويض آثار الغلاف الجوي الأرضي.

الشكل (8): صورة لنصفي كرة أورانوس التقطت بوساطة المرصد كيك في عام 2004.

التصنيف :

المجلد: المجلد الرابع

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية