Атмосфера

Хотя Уран и не имеет твёрдой поверхности в привычном понимании этого слова, наиболее удалённую часть газообразной оболочки принято называть его атмосферой[10]. Полагают, что атмосфера Урана начинается на расстоянии в 300 км от внешнего слоя при давлении в 100 бар и температуре в 320 K[64]. «Атмосферная корона» простирается на расстояние, в 2 раза превышающее радиус от «поверхности» с давлением в 1 бар[65]. Атмосферу условно можно разделить на 3 части: тропосфера (-300 км — 50 км; давление составляет 100 — 0,1 бар), стратосфера (50 — 4000 км; давление составляет 0,1 — 10−10 бар) и термосфера/атмосферная корона (4000 — 50000 км от поверхности)[10]. Мезосфера у Урана отсутствует.

Состав

Состав атмосферы Урана заметно отличается от остального состава планеты благодаря высокому содержанию молекулярного водорода и гелия[10]. Молярная доля гелия (то есть отношение количества атомов гелия к количеству молекул водорода/гелия) в верхнем слое атмосферы соответствует массовой фракции 0,26 ± 0,05 [10][61][66]. Это значение очень близко к протозвёздной гелиевой массовой фракции (0,275 ± 0,01)[67]. Гелийне локализован в центре планеты, что характерно для других газовых гигантов[10]. Третья составляющая атмосферы Урана — метан (CH4)[10]. Метан обладает хорошо видимыми полосами поглощения в видимом и ближнем инфракрасном спектре. Молекулы метана составляют 2,3 % от общей массовой фракции на уровне давления в 1,3 бара[10][68][69]. Это соотношение значительно снижается при повышении высоты из-за чрезвычайно низкой температуры, что заставляет метан «вымерзать»[70]. Присутствие метана, поглощающего свет красной части спектра, придаёт планете её зелёно-голубой цвет[71]. Распространённость менее летучих соединений, таких как аммиак, вода и сероводород, в глубине атмосферы известна плохо[10][72]. Кроме того, в верхних слоях Урана обнаружены следы этана (C2H6), метилацетилена (CH3C2H) и диацетилена(C2HC2H)[70][73][74]. Эти углеводороды, как предполагают, являются продуктом фотолиза метана солнечной ультрафиолетовой радиацией[75]. Спектроскопия также обнаружила следы водяного пара, угарного иуглекислого газов. Вероятно, они попадают на Уран из внешних источников (например, из пролетающих мимокомет)[73][74][76].

Тропосфера

Тропосфера — самая нижняя и самая плотная часть атмосферы — характеризуется уменьшением температур с высотой[10]. Температура падает от 320 К в самом начале тропосферы (на глубине в 300 км) до 53 К на высоте в 50 км[69][64]. Температура в самой верхней части тропосферы (тропопаузе) варьирует от 57 до 49 К в зависимости от широты[10][59]. Тропопауза ответственна за большую часть инфракрасного излучения (в дальней инфракрасной части спектра) планеты и позволяет определитьэффективную температуру планеты (59,1 ± 0,3 K)[59][61]. Тропосфера обладает сложным строением: предположительно, водные облака могут находиться в промежутке давления от 50 до 100 бар, облака гидросульфида аммония — в диапазоне 20-40 бар, облака аммиака и сероводорода — в диапазоне 3-10 бар. Метановые же облака могут быть расположены в промежутке между 1 и 2 барами[10][68][64][77]. Тропосфера — очень динамичная часть атмосферы, и в ней хорошо видны сезонные изменения, облака и сильные ветры[60].