Магнитосфера Урана

До начала исследований с помощью «Вояджера-2»никаких измерений магнитного поля Урана не проводилось. Перед прибытием аппарата к орбите Урана в1986 году предполагалось, что оно будет соответствовать направлению солнечного ветра. В этом случае геомагнитные полюса должны были бы совпадать с географическими, которые лежат в плоскости эклиптики[92]. Измерения «Вояджера-2» позволили обнаружить у Урана весьма специфическое магнитное поле, которое не направлено из геометрического центра планеты и наклонено на 59 градусов относительно оси вращения[92][93]. Фактически магнитный диполь смещён от центра планеты к южному полюсу примерно на 1/3 от радиуса планеты[92]. Эта необычная геометрия приводит к очень асимметричному магнитному полю, гденапряжённость на поверхности в южном полушарии может составлять 0,1 гаусса, тогда как в северном полушарии может достигать 1,1 гаусса[92]. В среднем по планете этот показатель равен 0,23 гауссам[92] (для сравнения, магнитное поле Земли одинаково в обоих полушариях, и «магнитный экватор» фактически соответствует «физическому экватору»[93]). Дипольный момент Урана превосходит земной в 50 раз[92][93]. Кроме Урана, аналогичное смещённое и «накренившееся» магнитное поле также наблюдается и у Нептуна[93] — в связи с этим предполагают, что такая конфигурация является характерной для ледяных гигантов. Одна из теорий объясняет данный феномен тем обстоятельством, что магнитное поле у планет земной группы и других планет-гигантов генерируется в центральном ядре, а магнитное поле у «ледяных гигантов» формируется на относительно малых глубинах: например, в океане жидкого аммиака, в тонкой конвективной оболочке, окружающей жидкую внутреннюю часть, имеющую стабильную слоистую структуру[58][94].

Тем не менее, общее строение магнитосферы Урана имеет схожую структуру с другими планетами Солнечной системы. Головная ударная волна простирается на 23 планетарных радиуса — перед магнитопаузой, простирающейся на 18 радиусов Урана. Имеются развитые магнитный хвост и радиационные пояса[92][93][95]. В этом отношении Уран больше напоминает Сатурн, но отличается от Юпитера[92][93]. Магнитный хвост Урана тянется за планетой на миллионы километров и поперечным вращением планеты искривлён «в штопор»[92][96]. Магнитосфера Урана содержит заряженные частицы: протоны, электроны и небольшое количество H2+ионов[93][95]. Никаких более тяжёлых ионов в ходе исследований обнаружено не было. Бо́льшая часть этих частиц наверняка происходит из горячей термосферы Урана[95]. Энергии ионов и электронов могут достигать 4 и 1,2 мегаэлектрон-вольт (МэВ)[95]. Плотность низкоэнергетических ионов (то есть ионов с энергией менее 100 эВ) во внутренней магнитосфере — около 2 ионов на кубический сантиметр[97]. Важную роль в магнитосфере Урана играют его спутники, образующие большие полости в магнитном поле[95]. Поток частиц достаточно высок, чтобы вызвать затемнение поверхности или изменения в пространственном наклоне лун в течение 100 000 лет[95]. Это может быть причиной постепенного «потемнения» спутников и колец Урана[84]. На Уране хорошо развиты полярные сияния, которые видны как яркие дуги вокруг обоих полярных полюсов[78]. Однако, в отличие от Юпитера, на Уране полярные сияния не значимы для энергетического баланса планетарной термосферы[82].

Климат

Атмосфера Урана — необычно спокойная по сравнению с атмосферами других планет-гигантов, даже по сравнению с Нептуном, который схож с Ураном и по составу, и по размерам[60]. Когда «Вояджер-2» приблизился к Урану, то удалось заметить всего 10 полосок облаков в видимой части этой планеты[14][98]. Такое спокойствие в атмосфере может быть объяснено чрезвычайно низкой внутренней температурой. Она гораздо ниже, чем у других планет-гигантов. Самая низкая температура, зарегистрированная в тропопаузе Урана, составляет 49 К (-224 °C), что делает планету самой холодной среди планет Солнечной системы — даже холоднее по сравнению с более удалёнными от Солнца Нептуном и Плутоном[10][61].