Кольорова фотографія Урана, зроблена «Вояджером-2» в 1986 році.
Дослідження Урана в наш час здійснюються за допомогою телескопів. Повз Уран пролетів лише один космічний апарат — зонд НАСА «Вояджер-2»; максимальне наближення (на 81 500 км) відбулося 24 січня 1986 року[1]. «Вояджер-2» відкрив 10 супутників Урана, дослідив його холодну атмосферу і систему кілець, відкривши два нових кільця. Крім того, він також сфотографував п'ять великих супутників Урана і виявив, що їхні поверхні вкриті ударними кратерами й каньйонами.
Запропоновано низку спеціальних дослідницьких місій до Урана[2][3], але станом на 2023 рік жодна з них не була затверджена[4][5].
«Вояджер-2» максимально наблизився до Урана 24 січня 1986 року, пролетівши у 81 500 км він верхніх шарів хмар його атмосфери. Це був перший проліт повз планету після того, як «Вояджер-1» завершив свою подорож до зовнішніх планет на супутнику Сатурна Титані.
Уран — третя за розміром і четверта за масою планета Сонячної системи. Він обертається навколо Сонця на відстані близько 2,8 млрд км від нього і робить один оберт орбітою кожні 84 роки. Тривалість доби на Урані, виміряна «Вояджером-2», становить 17 годин 14 хвилин. Уран відрізняється тим, що обертається, «лежачи на боку». Вважається, що таке незвичне положення є результатом зіткнення з тілом розміром із планету на початку історії Сонячної системи. Через таку дивну орієнтацію — коли полярні регіони протягом тривалого часу піддаються впливу сонячного світла або темряви, а також через те, що «Вояджер-2» мав прибути приблизно в час сонцестояння Урана, — вчені не знали точно, якими проблемами супроводжуватиметься проліт зонда повз Уран.
Супутник Урана Міранда, знятий «Вояджером-2».
До прольоту «Вояджера-2» даних про магнітне поле Урана не було. Його інтенсивність порівнянна з земною, хоча магнітне поле Урана сильніше варіюється від точки до точки через його велике зміщення від центра Урана. Особлива орієнтація магнітного поля дає змогу припустити, що воно генерується на проміжних глибинах у його надрах, де тиск уже достатньо високий, щоб вода стала електропровідною. «Вояджер-2» виявив, що одним із найяскравіших наслідків його обертання «на боку» є його вплив на хвіст магнітного поля, який сам нахилений на 60° від осі обертання планети. Було показано, що обертання планети закручує магнітний хвіст у довгий «штопор» з протилежного від Сонця боку планети.
Виявлено, що радіаційні пояси Урана за інтенсивністю подібні до радіаційних поясів Сатурні. Інтенсивність випромінювання в межах поясів така, що опромінення швидко б (протягом 100 000 років) зробило темним будь-який метан, захоплений крижаними поверхнями внутрішніх супутників і частинками кільця. Це могло спричинити потемніння поверхонь супутників і частинок кільця, які мають майже рівномірно сірий колір.
Навколо освітленого Сонцем полюса виявлено високий шар серпанку, який також випромінює велику кількість ультрафіолетового світла — це явище отримало назву «електросвітіння». Середня температура атмосфери планети становить близько 59 К (−214,2 °C). Дивним є той факт, що температура на вершинах хмар на освітлених і темних полюсах, а також на більшій частині планети майже однакова.
«Вояджер-2» відкрив 10 нових супутників Урана, довівши їхню загальну кількість до 15 (на той час)[7][8]; через більш ніж 10 років на отриманих ним знімках було виявлено ще один, 11-й супутник — Пердіту[9]. Більшість нових супутників невеликі; найбільший має діаметр близько 150 км.
Міранда, внутрішній із п'яти великих супутників Урана, виявилася одним із найдивніших тіл Сонячної системи[10]. Детальні знімки, зроблені «Вояджером-2» під час прольоту повз неї, виявили величезні овальні структури, які отримали назву «корони» (coronae)[11][12], оточені розломами глибиною до 20 км, шарами терас і сумішшю старих і молодих поверхонь[10][13]. За однією з теорій, Міранда могла утворитися шляхом повторної агрегації матеріалу з більш раннього часу, коли її розколов потужний удар.
П'ять великих супутників Урана, як і супутники Сатурна, схоже, є конгломератами крижаних порід. На Титанії знайдено величезні системи розломів і каньйонів, що вказує на певний ступінь геологічної, ймовірно тектонічної активності в її історії. Арієль має найяскравішу і, можливо, наймолодшу поверхню з усіх супутників Урана і, схоже, теж пережив період геологічної активності, яка зумовила появу багатьох долин розломів і великих потоків крижаного матеріалу. На Умбрієлі й Обероні, судячи з їхніх старих і темних поверхонь, геологічна активність була незначною.
«Вояджер-2» досліджував усі дев'ять раніше відомих кілець Урана і виявив, що вони суттєво відрізняються від кілець Юпітера і Сатурна. Судячи з усього, система кілець Урана є відносно молодою і сформувалася не одночасно з Ураном. Частинки, з яких складаються кільця, імовірно, є рештками супутника, знищеного внаслідок зіткнення на високих швидкостях або розірваного гравітацією Урана. «Вояджер-2» виявив також два нових кільця[14].
У березні 2020 року астрономи НАСА, проаналізувавши старі дані, отримані космічним зондом «Вояджер-2» під час прольоту повз планету в 1986 році, повідомили про виявлення великої атмосферної магнітної бульбашки, так званого плазмоїда, що випускається в космічний простір з Урана[15][16].
Запропоновано низку місій на Уран. Вчені з Космічної наукової лабораторії імені Малларда[en] (MSSL) у Великій Британії запропонували спільну місію НАСА і ЄКАUranus Pathfinder[en] до Урана. У грудні 2010 року до ЄКА був поданий заклик до запуску у 2022 році місії середнього класу (М-класу), підписаний 120 вченими з усього світу. ЄКА обмежує вартість місій М-класу 470 мільйонами євро[17][18][19].
У 2009 році команда планетологів з Лабораторії реактивного руху (JPL) НАСА розробила проєкти орбітального апарата для дослідження Урана із живленням від сонячних батарей. Найсприятливіший час для запуску такого зонда був би у серпні 2018 року, а прибуття до Урана — у вересні 2030 року. До наукового пакета входили б магнітометри, детектори частинок і, можливо, камера для отримання зображень[20].
У 2011 році Національна дослідна рада США рекомендувала орбітальний апарат і зонд на Уран як третій пріоритет для флагманської місії НАСА в рамках Десятирічного огляду планетознавства[en] НАСА. Однак ця місія вважалася менш пріоритетною, ніж майбутні місії до Марса і системи Юпітера, які згодом дістали назви Марс 2020 і Europa Clipper[5][21][22].
Місія на Уран є одним із декількох запропонованих варіантів використання безпілотного варіанту важкої ракети-носія НАСА SLS, яка зараз розробляється. Як повідомляється, SLS буде здатна запускати на Уран до 1,7 метричної тонни вантажу[23].
У 2013 році було запропоновано використати електричне вітрило (E-Sail) для відправлення зонда для входу в атмосферу Урана[24].
У 2015 році НАСА оголосило про початок техніко-економічного обґрунтування можливості орбітальних місій до Урана і Нептуна в рамках бюджету обсягом 2 млрд доларів (за курсом на 2015 рік). За словами директора НАСА з планетарних наук Джеймса Гріна[en], який ініціював це дослідження, такі місії будуть запущені не раніше кінця 2020-х років, а вибір конкретних місій залежатиме від того, які з них схвалить спільнота планетологів і чи зможе НАСА забезпечити космічні апарати джерелами ядерної енергії[25]. Аналізуються концептуальні проєкти таких місій[26].
Місія MUSE, задумана у 2012 році й запропонована у 2015-му, є європейською концепцією спеціальної місії до Урана з метою вивчення його атмосфери, внутрішніх шарів, супутників, кілець і магнітосфери[27]. Місію пропонується запустити ракетою Ariane 5 у 2026 році; вона має прибути до Урана у 2044 році і працювати до 2050 року[27].
У 2016 році була розроблена ще одна концепція місії під назвою OCEANUS[en] (Origins and Composition of the Exoplanet Analog Uranus System). Вона представлена у 2017 році як потенційний претендент за програмою New Frontiers[28]. Концепція розроблена студентами Університету Пердью під час Літньої школи з планетології НАСА/JPL 2017 року. OCEANUS — це орбітальний апарат, який дасть змогу детально вивчити структуру магнітосфери та внутрішню будову планети, що було б неможливим при прольоті повз неї[29].
↑Janhunen, Pekka; Lebreton, Jean-Pierre; Merikallio, Sini; Paton, Mark; Mengali, Giovanni; Quarta, Alessandro A. (2014-12). Fast E-sail Uranus entry probe mission. Planetary and Space Science. Т. 104. с. 141—146. doi:10.1016/j.pss.2014.08.004. Процитовано 11 лютого 2024.
↑Elder, C. M.; Bramson, A. M.; Blum, L. W.; Chilton, H. T.; Chopra, A.; Chu, C.; Das, A.; Davis, A.; Delgado, A. (1 лютого 2017). New Frontiers-Class Missions to the Ice Giants. Т. 1989. с. 8147. Процитовано 11 лютого 2024.
.jpg)
