Кольца Урана - Rings of Uranus

Схема системы кольцо-луна Урана . Сплошными линиями обозначены кольца; пунктирными линиями обозначены орбиты лун.

Эти кольца Урана являются промежуточными по сложности между более широким набором вокруг Сатурна и более простых систем вокруг Юпитера и Нептуна . На кольца из Урана были открыты 10 марта 1977 года, по Джеймс Л. Эллиот , Эдвард У. Dunham и Джессика норок . Уильям Гершель также сообщил о наблюдении за кольцами в 1789 году; Современные астрономы расходятся во мнениях относительно того, мог ли он их видеть, поскольку они очень темные и тусклые.

К 1977 году было идентифицировано девять различных колец. Два дополнительных кольца были обнаружены в 1986 году на изображениях, сделанных космическим кораблем « Вояджер-2» , а два внешних кольца были обнаружены в 2003–2005 годах на фотографиях космического телескопа Хаббл . В порядке увеличения расстояния от планеты 13 известных колец обозначены 1986U2R / ζ , 6, 5, 4, α , β , η , γ , δ , λ , ε , ν и μ . Их радиусы колеблются от примерно 38000 км для кольца 1986U2R / ζ до примерно 98000 км для кольца μ. Между основными кольцами могут существовать дополнительные слабые пылевые полосы и неполные дуги. Кольца очень темные - связующее альбедо частиц колец не превышает 2%. Они, вероятно, состоят из водяного льда с добавлением некоторых органических веществ, обработанных темным излучением .

Большинство колец Урана непрозрачны и имеют ширину всего несколько километров. Кольцевая система в целом содержит мало пыли; он состоит в основном из крупных тел диаметром от 20 до 20 м. Некоторые кольца оптически тонкие: широкие и слабые кольца 1986U2R / ζ, μ и ν состоят из мелких пылевых частиц, в то время как узкое и слабое кольцо λ также содержит более крупные тела. Относительное отсутствие пыли в кольцевой системе может быть связано с аэродинамическим сопротивлением протяженной экзосферы Урана .

Считается, что кольца Урана относительно молоды, им не более 600 миллионов лет. Система колец Урана, вероятно, возникла в результате столкновения нескольких лун, которые когда-то существовали вокруг планеты. После столкновения луны, вероятно, распались на множество частиц, которые выжили в виде узких и оптически плотных колец только в строго ограниченных зонах максимальной стабильности.

Механизм, ограничивающий узкие кольца, не совсем понятен. Первоначально предполагалось, что у каждого узкого кольца есть пара ближайших пастушьих лун, которые загоняют его в форму. В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил только одну такую ​​пару пастухов ( Корделия и Офелия ) вокруг самого яркого кольца (ε), хотя тусклый ν позже будет обнаружен пасущимся между Порцией и Розалиндой .

Открытие

Первое упоминание о системе колец Урана происходит из заметок Уильяма Гершеля, в которых подробно описаны его наблюдения за Ураном в 18 веке, которые включают следующий отрывок: «22 февраля 1789 года: подозревалось кольцо». Гершель нарисовал небольшую схему кольца и отметил, что оно «немного склонно к красному». Кек телескоп на Гавайях с тех пор подтверждает это так, по крайней мере , для v , кольца. Заметки Гершеля были опубликованы в журнале Королевского общества в 1797 году. В течение двух столетий между 1797 и 1977 годами кольца редко упоминались, если вообще упоминались. Это ставит под сомнение то, что Гершель мог видеть что-либо подобное, в то время как сотни других астрономов ничего не видели. Утверждалось, что Гершель дал точные описания размера кольца ε относительно Урана, его изменений при движении Урана вокруг Солнца и его цвета.

Окончательное открытие колец Урана было сделано астрономами Джеймс Л. Эллиот , Эдвард У. Dunham и Джессика норок 10 марта 1977 года с использованием Койпера Airborne обсерватории и был счастливой случайностью . Они планировали использовать покрытие звезды SAO 158687 Ураном для изучения атмосферы планеты . Когда их наблюдения были проанализированы, они обнаружили, что звезда ненадолго исчезла из поля зрения пять раз как до, так и после того, как ее затмила планета. Они пришли к выводу, что присутствует система узких колец. Наблюдаемые ими пять событий затмения были обозначены в своих статьях греческими буквами α, β, γ, δ и ε. С тех пор эти обозначения использовались как названия колец. Позже они обнаружили четыре дополнительных кольца: одно между кольцами β и γ и три внутри кольца α. Первое было названо η кольцом. Последние были названы кольцами 4, 5 и 6 - согласно нумерации событий затмения в одной газете. Кольцевая система Урана была второй из открытых в Солнечной системе после Сатурна .

Кольца были непосредственно сфотографированы, когда космический корабль « Вояджер-2» пролетел через систему Урана в 1986 году. Были обнаружены еще два тусклых кольца, в результате чего их общее количество достигло одиннадцати. Космический телескоп Хаббла обнаружил дополнительную пару ранее невидимых колец в 2003-2005 год, в результате чего общего количества , известное до 13. открытия этих внешних колец удвоенного известного радиуса кольцевой системы. Хаббл также впервые сфотографировал два небольших спутника, один из которых, Mab , делит свою орбиту с внешним недавно обнаруженным μ-кольцом.

Общие свойства

Внутренние кольца Урана. Яркое внешнее кольцо - эпсилон-кольцо; видны восемь других колец.

В настоящее время понимается, что кольцевая система Урана состоит из тринадцати различных колец. В порядке увеличения расстояния от планеты это: 1986U2R / ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, μ кольца. Их можно разделить на три группы: девять узких главных колец (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), два пыльных кольца (1986U2R / ζ, λ) и два внешних кольца (ν, μ ). Кольца Урана состоят в основном из макроскопических частиц и небольшого количества пыли , хотя известно, что в 1986 году пыль присутствует в кольцах U2R / ζ, η, δ, λ, ν и μ. Помимо этих хорошо известных колец, между ними может быть множество оптически тонких пылевых полос и тусклых колец. Эти слабые кольца и пылевые полосы могут существовать только временно или состоять из нескольких отдельных дуг, которые иногда обнаруживаются во время затенений . Некоторые из них стали видны во время серии событий, связанных с пересечением плоскости колец в 2007 году. В геометрии прямого рассеяния космическим аппаратом " Вояджер-2" наблюдалось несколько пылевых полос между кольцами . Все кольца Урана показывают азимутальные вариации яркости.

Кольца изготовлены из очень темного материала. Геометрическое альбедо кольцевых частиц не превышает 5-6%, в то время как альбедо Бонд еще ниже, около 2%. Кольцевые частицы демонстрируют резкий всплеск сопротивления - увеличение альбедо, когда фазовый угол близок к нулю. Это означает, что их альбедо намного ниже, когда они наблюдаются немного в стороне от оппозиции. Кольца слегка красные в ультрафиолетовой и видимой частях спектра и серые в ближней инфракрасной . У них нет видимых спектральных особенностей . Химический состав кольцевых частиц, не известно. Они не могут быть сделаны из чистого водяного льда, как кольца Сатурна, потому что они слишком темные, более темные, чем внутренние луны Урана . Это указывает на то, что они, вероятно, состоят из смеси льда и темного материала. Природа этого материала не ясна, но это могут быть органические соединения, значительно потемневшие из-за облучения заряженными частицами магнитосферы Урана . Частицы колец могут состоять из сильно переработанного материала, который изначально был похож на материал внутренних лун.

В целом система колец Урана не похожа ни на слабые пыльные кольца Юпитера, ни на широкие и сложные кольца Сатурна , некоторые из которых состоят из очень яркого материала - водяного льда. Есть сходство с некоторыми частями последней кольцевой системы; кольцо F Сатурна и кольцо ε урана узкие, относительно темные и находятся под покровительством пары лун. Недавно обнаруженные внешние кольца ν и μ Урана похожи на внешние кольца G и E Сатурна . Узкие локоны, существующие в широких кольцах Сатурна, также напоминают узкие кольца Урана. Кроме того, полосы пыли, наблюдаемые между главными кольцами Урана, могут быть похожи на кольца Юпитера. Напротив, система колец Нептуна очень похожа на систему колец Урана, хотя она менее сложна, темнее и содержит больше пыли; кольца Нептуна также расположены дальше от планеты.

Узкие основные кольца

ε кольцо

Крупный план ε-кольца Урана

Кольцо ε - самая яркая и самая плотная часть системы колец Урана, и на него приходится около двух третей света, отражаемого кольцами. Хотя это самое эксцентричное из колец Урана, у него незначительное наклонение орбиты . Эксцентриситет кольца приводит к изменению его яркости по орбите. Радиально интегрированная яркость кольца ε является максимальной около апоапсиса и самой низкой около периапсиса . Соотношение максимальной / минимальной яркости составляет примерно 2,5–3,0. Эти вариации связаны с вариациями ширины кольца, которая составляет 19,7 км в перицентре и 96,4 км в апоапсисе. По мере того, как кольцо становится шире, степень затенения между частицами уменьшается, и их становится больше, что приводит к более высокой интегральной яркости. Вариации ширины измерялись непосредственно по изображениям « Вояджера-2» , поскольку кольцо ε было одним из двух колец, разрешенных камерами «Вояджера». Такое поведение указывает на то, что кольцо не является оптически тонким. Действительно, наблюдения за затемнением, проведенные с земли и с космического корабля, показали, что его нормальная оптическая глубина варьируется от 0,5 до 2,5, причем наибольшая около перицентра. Эквивалентная глубина кольца ε составляет около 47 км и не зависит от орбиты.

Крупный план (сверху вниз) δ, γ, η, β и α колец Урана. Разрешенное кольцо η демонстрирует оптически тонкую широкую составляющую.

Геометрическая толщина ε-кольца точно не известна, хотя кольцо определенно очень тонкое - по некоторым оценкам, всего 150 мкм. Несмотря на такую ​​бесконечно малую толщину, он состоит из нескольких слоев частиц. Кольцо ε - довольно людное место с коэффициентом заполнения около апоапсиса, оцениваемым разными источниками в пределах от 0,008 до 0,06. Средний размер кольцевых частиц составляет 0,2–20,0 м, а среднее расстояние примерно в 4,5 раза больше их радиуса. Кольцо почти лишено пыли , возможно, из-за аэродинамического сопротивления протяженной атмосферной короны Урана. Из-за своей тонкости как бритва ε-кольцо невидимо, если смотреть с ребра. Это произошло в 2007 году, когда наблюдалось пересечение плоскости кольца.

Космический корабль " Вояджер-2" наблюдал странный сигнал от кольца ε во время радиозатменного эксперимента. Сигнал выглядел как сильное усиление рассеяния вперед на длине волны 3,6 см вблизи апоапсиса кольца. Такое сильное рассеяние требует существования когерентной структуры. То, что кольцо ε действительно имеет такую ​​тонкую структуру, было подтверждено многими наблюдениями за затемнением. Кольцо ε, по-видимому, состоит из ряда узких и оптически плотных колец, некоторые из которых могут иметь неполные дуги.

Известно, что у кольца ε есть внутренние и внешние пастушьи луны - Корделия и Офелия соответственно. Внутренний край кольца находится в резонансе 24:25 с Корделией, а внешний край находится в резонансе 14:13 с Офелией. Масса лун должна быть как минимум в три раза больше массы кольца, чтобы эффективно удерживать его. Масса кольца ε оценивается примерно в 10 16  кг.

δ кольцо

Сравнение колец Урана в прямом и обратном свете (изображения, полученные космическим аппаратом " Вояджер-2" в 1986 году)

Кольцо δ круглое и слегка наклонное. Он показывает значительные необъяснимые азимутальные изменения нормальной оптической толщины и ширины. Одно из возможных объяснений состоит в том, что кольцо имеет азимутальную волнообразную структуру, которая возбуждается небольшой лункой внутри него. Острый внешний край кольца δ находится в резонансе 23:22 с Корделией. Кольцо δ состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого внутреннего плеча с малой оптической глубиной. Ширина узкого компонента составляет 4,1–6,1 км, а эквивалентная глубина составляет около 2,2 км, что соответствует нормальной оптической толщине около 0,3–0,6 км. Широкий компонент кольца имеет ширину около 10–12 км, а его эквивалентная глубина близка к 0,3 км, что указывает на низкую нормальную оптическую толщину 3 × 10–2 . Это известно только из данных о затмении, потому что эксперимент по визуализации " Вояджера-2" не смог разрешить кольцо δ. При наблюдении в геометрии прямого рассеяния на космическом аппарате "Вояджер-2 " δ-кольцо выглядело относительно ярким, что совместимо с наличием пыли в его широком компоненте. Широкий компонент геометрически толще узкого. Это подтверждается наблюдениями за событием пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда δ-кольцо оставалось видимым, что согласуется с поведением одновременно геометрически толстого и оптически тонкого кольца.

γ кольцо

Кольцо γ узкое, оптически плотное и слегка эксцентричное. Его орбитальное наклонение практически равно нулю. Ширина кольца колеблется в пределах 3,6–4,7 км, хотя эквивалентная оптическая глубина постоянна и составляет 3,3 км. Нормальная оптическая толщина γ-кольца составляет 0,7–0,9. Во время пересечения плоскости кольца в 2007 году кольцо γ исчезло, что означает, что оно геометрически тонкое, как кольцо ε, и лишено пыли. Ширина и нормальная оптическая толщина γ-кольца существенно различаются по азимуту . Механизм удержания такого узкого кольца неизвестен, но было замечено, что острый внутренний край γ-кольца находится в резонансе 6: 5 с Офелией.

η кольцо

Кольцо η имеет нулевой эксцентриситет и наклон орбиты. Как и δ-кольцо, оно состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого выступающего наружу плеча с малой оптической глубиной. Ширина узкого компонента составляет 1,9–2,7 км, а эквивалентная глубина составляет около 0,42 км, что соответствует нормальной оптической толщине около 0,16–0,25. Широкий компонент имеет ширину около 40 км, а его эквивалентная глубина близка к 0,85 км, что указывает на низкую нормальную оптическую толщину 2 × 10 −2 . Это было разрешено на снимках " Вояджера-2" . В рассеянном вперед свете кольцо η выглядело ярким, что указывало на наличие значительного количества пыли в этом кольце, вероятно, в широкой компоненте. Широкий компонент геометрически намного толще узкого. Этот вывод подтверждается наблюдениями за событием пересечения плоскости кольца в 2007 г., когда кольцо η продемонстрировало повышенную яркость, став вторым по яркости элементом в системе колец. Это согласуется с поведением геометрически толстого, но в то же время оптически тонкого кольца. Как и большинство других колец, кольцо η показывает значительные азимутальные вариации нормальной оптической толщины и ширины. Узкая составляющая кое-где даже пропадает.

кольца α и β

После кольца ε кольца α и β являются самыми яркими из колец Урана. Подобно кольцу ε, они имеют регулярные изменения яркости и ширины. Они самые яркие и самые широкие в 30 ° от апоапсиса, а самые тусклые и самые узкие - в 30 ° от перицентра . Кольца α и β имеют значительный эксцентриситет орбиты и значительный наклон. Ширина этих колец составляет 4,8–10 км и 6,1–11,4 км соответственно. Эквивалентные оптические глубины составляют 3,29 км и 2,14 км, что дает нормальные оптические глубины 0,3–0,7 и 0,2–0,35 соответственно. Во время пересечения плоскости кольца в 2007 году кольца исчезли, что означает, что они геометрически тонкие, как кольцо ε, и лишены пыли. Это же событие выявило толстую и оптически тонкую пылевую полосу сразу за β-кольцом, которая также наблюдалась ранее космическим аппаратом " Вояджер-2" . Масса α- и β-колец оценивается примерно в 5 · 10 15  кг (каждое) - половина массы ε-кольца.

Кольца 6, 5 и 4

Кольца 6, 5 и 4 - самые внутренние и самые тусклые из узких колец Урана. Они представляют собой наиболее наклонные кольца, и их орбитальные эксцентриситеты являются наибольшими, за исключением кольца ε. Фактически, их наклоны (0,06 °, 0,05 ° и 0,03 °) были достаточно большими, чтобы « Вояджер-2» мог наблюдать их возвышения над экваториальной плоскостью Урана, которые составляли 24–46 км. Кольца 6, 5 и 4 также являются самыми узкими кольцами Урана, размером 1,6–2,2 км, 1,9–4,9 км и 2,4–4,4 км соответственно. Их эквивалентные глубины составляют 0,41 км, 0,91 и 0,71 км, что дает нормальную оптическую толщину 0,18–0,25, 0,18–0,48 и 0,16–0,3. Они не были видны во время пересечения кольцевой плоскости в 2007 году из-за их узости и отсутствия пыли.

Пыльные кольца

λ кольцо

Изображение внутренних колец Урана, полученное с помощью космического корабля " Вояджер-2" с большой выдержкой и большим фазовым углом (172,5 °) . В свете, рассеянном вперед, можно увидеть полосы пыли, не видимые на других изображениях, а также распознанные кольца.

Кольцо λ было одним из двух колец, обнаруженных « Вояджером-2» в 1986 году. Это узкое слабое кольцо, расположенное внутри кольца ε, между ним и пастушьей луной Корделией . Эта луна очищает темную полосу внутри кольца λ. Если смотреть в обратном свете, λ-кольцо чрезвычайно узкое - около 1-2 км - и имеет эквивалентную оптическую толщину 0,1-0,2 км на длине волны 2,2 мкм. Нормальная оптическая толщина составляет 0,1–0,2. Оптическая толщина λ-кольца сильно зависит от длины волны, что нетипично для кольцевой системы Урана. Эквивалентная глубина в ультрафиолетовой части спектра достигает 0,36 км, что объясняет, почему кольцо λ было первоначально обнаружено только в УФ-звездных затенениях космическим аппаратом « Вояджер-2» . Об обнаружении во время затенения звезды на длине волны 2,2 мкм было объявлено только в 1996 году.

Внешний вид кольца λ кардинально изменился, когда его наблюдали в рассеянном вперед свете в 1986 году. В этой геометрии кольцо стало самой яркой особенностью кольцевой системы Урана, затмевая кольцо ε. Это наблюдение, вместе с зависимостью оптической толщины от длины волны, указывает на то, что кольцо λ содержит значительное количество пыли микрометрового размера. Нормальная оптическая толщина этой пыли составляет 10 −4 –10 −3 . Наблюдения телескопа Кека в 2007 г. во время события пересечения плоскости кольца подтвердили этот вывод, поскольку кольцо λ стало одной из самых ярких деталей в системе колец Урана.

Детальный анализ изображений космического корабля "Вояджер-2" выявил азимутальные вариации яркости кольца λ. Вариации кажутся периодическими, напоминающими стоячую волну . Происхождение этой тонкой структуры в кольце λ остается загадкой.

1986 U2R / ζ кольцо

Открытие изображения из 1986U2R кольца

В 1986 году « Вояджер-2» обнаружил широкий и слабый слой материала внутри кольца 6. Это кольцо было временно обозначено как 1986U2R. Он имел нормальную оптическую толщину 10 -3 или меньше и был очень тусклым. Это было видно только на одном снимке " Вояджера-2" . Кольцо было расположено между 37000 и 39500 км от центра Урана, или всего на 12000 км над облаками. Его не наблюдали до 2003–2004 гг., Когда телескоп Кека обнаружил широкий и слабый слой материала внутри кольца 6. Это кольцо было названо ζ-кольцом. Положение восстановленного ζ-кольца существенно отличается от того, что наблюдалось в 1986 году. Сейчас оно находится между 37 850 и 41 350 км от центра планеты. Существует внутреннее постепенно затухающее расширение, достигающее по крайней мере 32 600 км или, возможно, даже 27 000 км - до атмосферы Урана. Эти расширения обозначаются как кольца ζ c и ζ cc соответственно.

Кольцо ζ снова наблюдалось во время пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда оно стало самой яркой особенностью системы колец, затмевая все другие кольца вместе взятые. Эквивалентная оптическая глубина этого кольца составляет около 1 км (0,6 км для внутреннего расширения), тогда как нормальная оптическая толщина снова меньше 10 −3 . Довольно разный внешний вид колец 1986U2R и ζ может быть вызван разной геометрией обзора: геометрией обратного рассеяния в 2003–2007 годах и геометрией бокового рассеяния в 1986 году. Изменения за последние 20 лет в распределении пыли, которое, как считается, является преобладающим. в ринге исключать нельзя.

Прочие пылезащитные ленты

Помимо колец 1986U2R / ζ и λ, в системе колец Урана есть и другие чрезвычайно слабые пылевые полосы. Они невидимы во время затмений, потому что имеют незначительную оптическую глубину, хотя они ярки в светорассеянии вперед. Изображения света, рассеянного вперед с помощью космического корабля «Вояджер-2», показали наличие ярких пылевых полос между кольцами λ и δ, между кольцами η и β, а также между кольцом α и кольцом 4. Многие из этих полос были снова обнаружены в 2003–2013 гг. В 2004 году телескопом Кека и во время события пересечения плоскости кольца в 2007 году в отраженном свете, но их точное местоположение и относительная яркость отличались от наблюдений космического корабля " Вояджер" . Нормальная оптическая толщина пылевых полос составляет около 10 −5 или меньше. Считается, что гранулометрический состав пыли подчиняется степенному закону с показателем p  = 2,5 ± 0,5.

Помимо отдельных пылевых полос, система колец Урана кажется погруженной в широкий и слабый слой пыли с нормальной оптической толщиной, не превышающей 10 −3 .

Система внешнего кольца

Кольца μ и ν Урана (R / 2003 U1 и U2) на изображениях космического телескопа Хаббл от 2005 г.

В 2003–2005 годах космический телескоп Хаббл обнаружил пару ранее неизвестных колец, которые теперь называются системой внешних колец, в результате чего количество известных колец Урана достигло 13. Эти кольца впоследствии были названы кольцами μ и ν. Кольцо μ является самым дальним из пары и вдвое дальше от планеты, чем яркое кольцо η. Наружные кольца отличаются от внутренних узких колец во многих отношениях. Они широкие, 17 000 и 3 800 км соответственно, и очень слабые. Их пиковая нормальная оптическая толщина составляет 8,5 · 10 −6 и 5,4 · 10 −6 соответственно. В результате эквивалентные оптические глубины составляют 0,14 км и 0,012 км. Кольца имеют треугольные радиальные профили яркости.

Пиковая яркость μ-кольца находится почти точно на орбите маленькой уранской луны Mab , которая, вероятно, является источником частиц кольца. Кольцо ν расположено между Порцией и Розалиндой и не содержит внутри никаких лун. Повторный анализ изображений, полученных с помощью космического корабля " Вояджер-2 ", рассеянного вперед света, ясно показывает кольца μ и ν. В этой геометрии кольца намного ярче, что указывает на то, что они содержат много пыли микрометрового размера. Внешние кольца Урана могут быть похожи на кольца G и E Сатурна, поскольку кольцо E чрезвычайно широкое и принимает пыль с Энцелада .

Кольцо μ может полностью состоять из пыли, вообще без каких-либо крупных частиц. Эта гипотеза подтверждается наблюдениями, выполненными телескопом Кека, который не смог обнаружить кольцо μ в ближнем инфракрасном диапазоне на 2,2 мкм, но обнаружил кольцо ν. Этот сбой означает, что кольцо μ имеет синий цвет, что, в свою очередь, указывает на преобладание в нем очень мелкой (субмикронной) пыли. Пыль может состоять из водяного льда. Напротив, кольцо ν имеет слегка красный цвет.

Динамика и происхождение

Улучшенная цветовая схема внутренних колец, полученная из изображений космического корабля "Вояджер-2".

Выдающейся проблемой физики узких колец Урана является их ограничение. Без какого-либо механизма, удерживающего их частицы вместе, кольца быстро разошлись бы в радиальном направлении. Время жизни уранских колец без такого механизма не может превышать 1 миллиона лет. Наиболее широко цитируемая модель такого ограничения, первоначально предложенная Голдрайхом и Тремейном , заключается в том, что пара ближайших спутников, внешний и внутренний пастухи, гравитационно взаимодействуют с кольцом и действуют как поглотители и доноры, соответственно, для избыточного и недостаточного углового момента ( или, что то же самое, энергия). Таким образом, пастухи удерживают частицы кольца на месте, но сами постепенно удаляются от кольца. Чтобы быть эффективными, масса пастухов должна превышать массу кольца как минимум в два-три раза. Этот механизм, как известно, работает в случае кольца ε, где Корделия и Офелия служат пастырями. Корделия также является внешним пастырем кольца δ, а Офелия - внешним пастырем кольца γ. В окрестностях других колец не известно ни одной луны размером более 10 км. Текущее расстояние Корделии и Офелии от кольца ε можно использовать для оценки возраста кольца. Расчеты показывают, что возраст кольца ε не может превышать 600 миллионов лет.

Поскольку кольца Урана кажутся молодыми, они должны постоянно обновляться за счет столкновительной фрагментации более крупных тел. Оценки показывают, что время жизни Луны с размерами, как у Пака, до столкновения составляет несколько миллиардов лет. Срок службы спутника меньшего размера намного меньше. Следовательно, все текущие внутренние луны и кольца могут быть продуктами разрушения нескольких спутников размером с Пак в течение последних четырех с половиной миллиардов лет. Каждое такое нарушение вызвало бы каскад столкновений, который быстро измельчил бы почти все большие тела на гораздо более мелкие частицы, включая пыль. В конце концов большая часть массы была потеряна, и частицы выжили только в положениях, которые стабилизировались взаимными резонансами и пастушеством. Конечным продуктом такой разрушительной эволюции могла бы стать система узких колец. В настоящее время в кольца все еще должны быть встроены несколько лунлетов . Максимальный размер таких лун, вероятно, составляет около 10 км.

Происхождение пылевых полос менее проблематично. Пыль имеет очень короткое время жизни, 100–1000 лет, и должна постоянно пополняться за счет столкновений между более крупными кольцевыми частицами, лунными летательными аппаратами и метеороидами из-за пределов системы Урана. Пояса родительских лунок и частиц сами по себе невидимы из-за их малой оптической глубины, в то время как пыль проявляется в светорассеянном вперед. Ожидается, что узкие основные кольца и поясные ленты, образующие пылевые полосы, будут различаться по гранулометрическому составу. Основные кольца имеют корпуса от сантиметра до метра. Такое распределение увеличивает площадь поверхности материала в кольцах, что приводит к высокой оптической плотности в обратно рассеянном свете. Напротив, в пылевых полосах относительно мало крупных частиц, что приводит к низкой оптической толщине.

Исследование

Кольца были тщательно исследованы космическим кораблем " Вояджер-2" в январе 1986 года. Были обнаружены два новых слабых кольца - λ и 1986U2R, в результате чего общее число, известное на тот момент, составило одиннадцать. Кольца изучались путем анализа результатов радио, ультрафиолетового и оптического затемнения. "Вояджер-2" наблюдал за кольцами разной геометрии относительно Солнца, создавая изображения с обратным, прямым и боковым светом. Анализ этих изображений позволил получить полную фазовую функцию, геометрическое и связанное альбедо кольцевых частиц. Два кольца - ε и η - разрешились на изображениях, обнаружив сложную тонкую структуру. Анализ изображений «Вояджера» также привел к открытию одиннадцати внутренних спутников Урана , в том числе двух пастушьих спутников кольца ε - Корделии и Офелии.

Список свойств

Эта таблица суммирует свойства планетарной системы колец Урана .

Имя кольца Радиус (км) Ширина (км) Уравнение глубина (км) Н. Опт. глубина Толщина (м) Ecc. Включая (°) Примечания
ζ cc 26 840–34 890 8 000 0,8 ~ 0,001 ? ? ? Продолжение внутрь кольца ζ c
ζ c 34 890–37 850 3 000 0,6 ~ 0,01 ? ? ? Продолжение внутрь ζ-кольца
1986U2R 37 000–39 500 2 500 <2,5 <0,01 ? ? ? Слабое пыльное кольцо
ζ 37 850–41 350 3 500 1 ~ 0,01 ? ? ?
6 41 837 1,6–2,2 0,41 0,18–0,25 ? 0,0010 0,062
5 42 234 1,9–4,9 0,91 0,18–0,48 ? 0,0019 0,054
4 42 570 2,4–4,4 0,71 0,16–0,30 ? 0,0011 0,032
α 44 718 4,8–10,0 3,39 0,3–0,7 ? 0,0008 0,015
β 45 661 6,1–11,4 2,14 0,20–0,35 ? 0,0040 0,005
η 47 175 1,9–2,7 0,42 0,16–0,25 ? 0 0,001
η c 47 176 40 0,85 0,2 ? 0 0,001 Внешняя широкая компонента η-кольца
γ 47 627 3,6–4,7 3.3 0,7–0,9 150? 0,001 0,002
δ c 48 300 10–12 0,3 0,3 ? 0 0,001 Внутренняя широкая составляющая δ-кольца
δ 48 300 4.1–6.1 2.2 0,3–0,6 ? 0 0,001
λ 50 023 1-2 0,2 0,1–0,2 ? 0? 0? Слабое пыльное кольцо
ε 51 149 19,7–96,4 47 0,5–2,5 150? 0,0079 0 Под пастырями Корделии и Офелии
ν 66 100–69 900 3 800 0,012 0,000054 ? ? ? Между Порцией и Розалиндой пиковая яркость на 67 300 км.
μ 86 000–103 000 17 000 0,14 0,000085 ? ? ? В Маб пиковая яркость на 97 700 км.

Примечания

использованная литература

внешняя ссылка