Atmosféra

Složení

Atmosféra Uranu je složena převážně z molekulárního vodíku a helia. Podíl molekulárního helia je 0,15 ± 0,03 ve svrchní troposféře. Tento podíl odpovídá hmotnostnímu podílu helia 0,26 ± 0,05. Helium zde není soustředěno do centra planety, jak je obvyklé u ostatních plynných obrů. Hodnota hmotnostního podílu helia zde odpovídá hodnotě množství helia v protohvězdách (0,275 ± 0,01).

Další složkou atmosféry Uranu je metan (CH4). Metan zapříčiňuje charakteristickou modrou barvu planety, když způsobuje absorpci viditelného a infračerveného záření. Pokud se dostaneme na hladinu tlaku vyšší, než 130 kPa, dostaneme se na metanovou vrstvu mraků. Molekuly metanu zde tvoří 2,3 % atmosféry. Pro představu, to je 20–30krát více uhlíku, než se vyskytuje ve Slunci. Svrchní atmosféra je charakteristická svými nízkými teplotami. Tyto teploty zapříčiňují míru nasycenosti a mrznutí nadbytečného metanu. Proto je zde poměrné zastoupení metanu mnohem nižší.

Troposféra

Troposféra je nejnižší a nejhustší část atmosféry. Je charakterizována poklesem teploty s výškou. Teplota klesne zhruba z 320 K na spodní hranici troposféry v −300 km přibližně na 53 K ve výšce 50 km. Teplota v nejchladnější horní oblasti troposféry (tropopauza) se pohybuje v rozmezí mezi 49 a 57 K v závislosti na planetární šířce. Oblast tropopauzy je zodpovědná za převážnou většinu vyzařovaného infračerveného tepelného záření, které má efektivní teplotu (59,1 ± 0,3) K.

Troposféra má velice složitou strukturu oblačnosti. Podle přijímané hypotézy se mohou vodní mraky vyskytovat v rozsahu 5 až 10 MPa, mračna hydrosulfidu amonného v rozmezí 2 až 4 MPa, amoniakové nebo sirovodíkové mraky mezi 0,3 až 1 MPa a nakonec zjištěné tenké mraky metanu v 0,1 až 0,2 MPa. Troposféra je velmi dynamická část atmosféry, kde se vyskytují silné větry, světlé mraky a sezónní změny.

Teplotní profil troposféry Uranu a nižší stratosféry. Jsou zde znázorněny také oblasti mračen a zamlžených vrstev

Svrchní atmosféra

Střední vrstva atmosféry Uranu se nazývá stratosféra. Teplota se zde zvyšuje s nadmořskou výškou od 53 K v tropopauze na 800 až 850 K ve spodní části termosféry. Vytápění stratosféry je způsobeno absorpcí slunečního ultrafialového a infračerveného záření metanem a dalšími uhlovodíky, které vznikají v této části atmosféry jako důsledek fotolýzy. Teplo je také vedeno z horké termosféry. Tyto uhlovodíky zabírají relativně úzkou vrstvu v nadmořské výšce mezi 100 a až 300 km, což odpovídá rozsahu tlaků 1 MPa až 10 kPa a teplotami mezi 75 a 170 K. Nejhojnějšími uhlíky jsou metan, acetylen a ethan s poměrem zastoupení okolo 10−7 vůči vodíku. Poměr zastoupení oxidu uhelnatého je v těchto výškách podobný. Těžší uhlovodíky a oxid uhličitý mají poměry o tři řády nižší. Hojnost poměru vody se zde pohybuje kolem 7∙10−97 x 10-9. Ethan a acetylén vykazuje tendenci ke kondenzaci v chladnější spodní části stratosféry a tropopauzy (pod úrovní 1 MPa), kde pak tvoří vrstvu oparu, která může být částečně zodpovědná za vzhled Uranu. Koncentrace uhlovodíků ve stratosféře Uranu nad oparem je výrazně nižší než v stratosféře ostatních obřích planet.

Vnější vrstva atmosféry Uranu je tvořena termosférou a korónou, která má stálou teplotu přibližně 800–850 K. Zdroje tepla nezbytné k udržení tak vysoké hodnoty nejsou dosud známy, jelikož ani infračervené a ultrafialové záření ani polární aktivita nemůže dodat potřebnou energii. Roli zde může hrát také nízká účinnost chlazení v důsledku nedostatku uhlovodíků ve stratosféře nad 100 kPa. Krom molekulárního vodíku termosféra a koróna obsahuje mnoho volných atomů vodíku. Jejich malá hmotnost společně s vysokými teplotami vysvětlují, proč unikátní koróna sahá až do vzdálenosti 50 000 km. Tato vzdálenost odpovídá dvěma poloměrům planety, což je ve sluneční soustavě atypické.

Tato rozšířená koróna je jedinečný rys Uranu. Mezi její účinky patří odpuzování malých částic obíhajících Uran, což se projevuje na prstencích Uranu. Termosféra planety společně se svrchní stratopauzou tvoří ionosféru Uranu. Pozorování ukazují, že ionosféra zabírá nadmořské výšky od 2 000 do 10 000 km. Ionosféra Uranu je hustější než ionosféra Saturnu nebo Neptunu. Ionosféra je závislá na slunečním ultrafialovém záření a jeho hustota je závislá na sluneční aktivitě. Polární záře je zanedbatelná ve srovnání s Jupiterem a Saturnem.