Кольца Урана по сложности занимают промежуточное положение между более обширным кольцом вокруг Сатурна и более простыми системами вокруг Юпитера и Нептуна . Кольца Урана были открыты 10 марта 1977 года Джеймсом Л. Эллиотом , Эдвардом В. Данэмом и Джессикой Минк . Уильям Гершель также сообщил о наблюдении колец в 1789 году; Современные астрономы разделились во мнениях относительно того, мог ли он их видеть, поскольку они очень темные и тусклые. [1]
К 1977 году было идентифицировано девять отдельных колец. Два дополнительных кольца были обнаружены в 1986 году на изображениях, полученных 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 варьируются от примерно 38 000 км для кольца 1986U2R/ζ до примерно 98 000 км для кольца μ. Между главными кольцами могут существовать дополнительные слабые пылевые полосы и неполные дуги. Кольца чрезвычайно темные — альбедо связи частиц колец не превышает 2%. Вероятно, они состоят из водяного льда с добавлением какой-то темной органики , обработанной радиацией .
Большинство колец Урана непрозрачны и имеют ширину всего несколько километров. В целом кольцевая система содержит мало пыли; состоит преимущественно из крупных тел диаметром от 20 см до 20 м. Некоторые кольца оптически тонкие: широкие и тусклые кольца 1986U2R/ζ, μ и ν состоят из мелких пылевых частиц, а узкое и слабое кольцо λ также содержит более крупные тела. Относительное отсутствие пыли в системе колец может быть связано с аэродинамическим сопротивлением со стороны протяженной экзосферы Урана .
Кольца Урана считаются относительно молодыми, их возраст не превышает 600 миллионов лет. Кольцевая система Урана, вероятно, возникла в результате столкновительной фрагментации нескольких лун, когда-то существовавших вокруг планеты. После столкновения спутники, вероятно, распались на множество частиц, которые сохранились в виде узких и оптически плотных колец лишь в строго ограниченных зонах максимальной стабильности.
Механизм, ограничивающий узкие кольца, недостаточно изучен. Первоначально предполагалось, что каждое узкое кольцо имеет пару ближайших спутников-пастухов , которые загоняют его в форму. В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил только одну такую пастушескую пару ( Корделию и Офелию ) вокруг самого яркого кольца (ε), хотя позже был обнаружен слабый ν, пасущийся между Порцией и Розалиндой . [2]
Первое упоминание о системе колец Урана содержится в записках Уильяма Гершеля, подробно описывающих его наблюдения за Ураном в 18 веке, которые включают следующий отрывок: «22 февраля 1789 года: было подозрение на наличие кольца». [1] Гершель нарисовал небольшую схему кольца и отметил, что оно «немного наклонено к красному». Телескоп Кек на Гавайях с тех пор подтвердил, что это так, по крайней мере, для кольца ν (nu). [3] Заметки Гершеля были опубликованы в журнале Королевского общества в 1797 году. В течение двух столетий между 1797 и 1977 годами кольца упоминались редко, если вообще упоминались. Это вызывает серьезные сомнения в том, мог ли Гершель увидеть 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 во время движения Урана вокруг Солнца и его цвета. [4]
Окончательное открытие колец Урана было сделано астрономами Джеймсом Л. Эллиотом , Эдвардом В. Данэмом и Джессикой Минк 10 марта 1977 года с использованием Воздушной обсерватории Койпера и было случайным . Они планировали использовать затмение звезды SAO 158687 Ураном для изучения атмосферы планеты . Когда их наблюдения были проанализированы, они обнаружили, что звезда ненадолго исчезала из поля зрения пять раз как до, так и после того, как ее затмила планета. Они пришли к выводу, что существовала система узких колец. [5] [6] Пять наблюдаемых ими событий затмения в их статьях были обозначены греческими буквами α, β, γ, δ и ε. [5] С тех пор эти обозначения использовались в качестве названий колец. Позже они обнаружили еще четыре кольца: одно между кольцами β и γ и три внутри кольца α. [7] Первое было названо η-кольцом. Последние получили названия колец 4, 5 и 6 — согласно нумерации событий затмений в одной статье. [8] Кольцевая система Урана была второй обнаруженной в Солнечной системе после Сатурна . [9]
Кольца были непосредственно сфотографированы, когда космический корабль «Вояджер-2» пролетал через систему Урана в 1986 году. [10] Были обнаружены еще два слабых кольца, в результате чего общее количество колец достигло одиннадцати. [10] Космический телескоп Хаббл обнаружил еще одну пару ранее невиданных колец в 2003–2005 годах, в результате чего общее известное число достигло 13. Открытие этих внешних колец удвоило известный радиус кольцевой системы. [11] Хаббл также впервые сделал снимки двух небольших спутников, один из которых, Mab , делит свою орбиту с самым дальним недавно обнаруженным кольцом μ. [12]
Как известно в настоящее время, кольцевая система Урана состоит из тринадцати отдельных колец. В порядке увеличения расстояния от планеты это: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, µ колец. [11] Их можно разделить на три группы: девять узких основных колец (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), [9] два пыльных кольца (1986U2R/ζ, λ) [13] ] и два внешних кольца (ν, µ). [11] [14] Кольца Урана состоят в основном из макроскопических частиц и небольшого количества пыли , [15] хотя известно, что пыль присутствует в кольцах 1986U2R/ζ, η, δ, λ, ν и μ. [11] [13] Помимо этих хорошо известных колец, между ними могут существовать многочисленные оптически тонкие пылевые полосы и слабые кольца. [16] Эти слабые кольца и пылевые полосы могут существовать лишь временно или состоять из ряда отдельных дуг, которые иногда обнаруживаются во время затмений . [16] Некоторые из них стали видимыми во время серии событий пересечения плоскостей колец в 2007 году. [17] Ряд пылевых полос между кольцами наблюдался в геометрии прямого рассеяния [a] с помощью «Вояджера-2» . [10] Все кольца Урана демонстрируют азимутальные вариации яркости. [10]
Кольца изготовлены из очень темного материала. Геометрическое альбедо кольцевых частиц не превышает 5–6%, а альбедо Бонда еще ниже — около 2%. [15] [18] Частицы колец демонстрируют крутой всплеск сопротивления — увеличение альбедо, когда фазовый угол близок к нулю. [15] Это означает, что их альбедо намного ниже, когда они наблюдаются немного дальше от оппозиции. [б] Кольца слегка красные в ультрафиолетовой и видимой частях спектра и серые в ближней инфракрасной области . [19] У них нет идентифицируемых спектральных особенностей . Химический состав кольцевых частиц неизвестен. Они не могут быть сделаны из чистого водяного льда, как кольца Сатурна, потому что они слишком темные, темнее, чем внутренние спутники Урана . [19] 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 затемненные излучением заряженных частиц из магнитосферы Урана . Частицы колец могут состоять из тщательно обработанного материала, который изначально был похож на материал внутренних лун. [19]
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. [9] Есть сходство с некоторыми частями последней кольцевой системы; Кольцо F Сатурна и кольцо Урана ε узкие, относительно темные и находятся под присмотром пары спутников. [9] Недавно обнаруженные внешние кольца ν и μ Урана подобны внешним кольцам G и E Сатурна . [20] Узкие локоны, существующие в широких кольцах Сатурна, также напоминают узкие кольца Урана. [9] Кроме того, пылевые полосы, наблюдаемые между главными кольцами Урана, могут быть похожи на кольца Юпитера. [13] 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. [13]
Кольцо ε — самая яркая и плотная часть кольцевой системы Урана, на него приходится около двух третей света, отражаемого кольцами. [10] [19] Хотя это самое эксцентричное из колец Урана, оно имеет незначительный наклон орбиты . [21] Эксцентриситет кольца приводит к изменению его яркости на протяжении его орбиты. Радиально интегрированная яркость ε-кольца максимальна вблизи апоцентра и минимальна вблизи перицентра . [22] Соотношение максимальной/минимальной яркости составляет около 2,5–3,0. [15] Эти изменения связаны с изменениями ширины кольца, которая составляет 19,7 км в перицентре и 96,4 км в апоапсисе. [22] По мере того, как кольцо становится шире, количество затенений между частицами уменьшается, и в поле зрения появляется больше из них, что приводит к более высокой интегрированной яркости. [18] Изменения ширины измерялись непосредственно по изображениям «Вояджера-2» , поскольку кольцо ε было одним из двух колец, разрешенных камерами «Вояджера». [10] Такое поведение указывает на то, что кольцо не является оптически тонким. Действительно, наблюдения затмения, проведенные с земли и космического корабля, показали, что его нормальная оптическая толщина [c] варьируется от 0,5 до 2,5, причем [22] [23] она является самой высокой вблизи периапсиса. Эквивалентная глубина [d] кольца ε составляет около 47 км и инвариантна относительно орбиты. [22]
Геометрическая толщина кольца ε точно не известна, хотя кольцо определенно очень тонкое — по некоторым оценкам, его толщина составляет 150 метров. [16] Несмотря на такую бесконечно малую толщину, он состоит из нескольких слоев частиц. Кольцо ε представляет собой достаточно людное место с коэффициентом заполнения вблизи апоапсиса, оцениваемым по разным источникам от 0,008 до 0,06. [22] Средний размер кольцевых частиц составляет 0,2–20,0 мкм, [16] а среднее расстояние примерно в 4,5 раза превышает их радиус. [22] Кольцо почти лишено пыли , возможно, из-за аэродинамического сопротивления расширенной атмосферной короны Урана. [3] Из-за своей толщины, как бритва, кольцо ε невидимо, если смотреть с ребра. Это произошло в 2007 году, когда наблюдалось пересечение кольцевой плоскости. [17]
Космический корабль « Вояджер -2» наблюдал странный сигнал от ε-кольца во время эксперимента по радиозатмению . [23] Сигнал выглядел как сильное усиление рассеяния вперед на длине волны 3,6 см вблизи апоапсиса кольца. Столь сильное рассеяние требует существования когерентной структуры. То, что ε-кольцо действительно имеет такую тонкую структуру, было подтверждено многими наблюдениями затмения. [16] Кольцо ε, по-видимому, состоит из ряда узких и оптически плотных колец, некоторые из которых могут иметь неполные дуги. [16]
Известно, что кольцо ε имеет внутренние и внешние спутники-пастухи — Корделию и Офелию соответственно. [24] Внутренний край кольца находится в резонансе 24:25 с Корделией, а внешний край находится в резонансе 14:13 с Офелией. [24] Массы спутников должны быть как минимум в три раза больше массы кольца, чтобы эффективно его удерживать. [9] Масса ε-кольца оценивается примерно в 10 16 кг. [9] [24]
Кольцо δ круглое и слегка наклоненное. [21] Он показывает значительные необъяснимые азимутальные изменения нормальной оптической глубины и ширины. [16] Одним из возможных объяснений является то, что кольцо имеет азимутальную волнообразную структуру, возбуждаемую маленькой луной, находящейся прямо внутри него. [25] Острый внешний край δ-кольца находится в резонансе 23:22 с Корделией. [26] Кольцо δ состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого внутреннего плеча с малой оптической толщиной. [16] Ширина узкого компонента составляет 4,1–6,1 км, а эквивалентная глубина – около 2,2 км, что соответствует нормальной оптической толщине около 0,3–0,6. [22] Широкая часть кольца составляет около 10–12 км в ширину, а ее эквивалентная глубина близка к 0,3 км, что указывает на низкую нормальную оптическую толщину 3 × 10 -2 . [22] [27] Это известно только из данных о затмении, поскольку эксперимент по визуализации «Вояджера-2» не смог различить δ-кольцо. [10] [27] При наблюдении в геометрии прямого рассеяния с помощью «Вояджера-2 » кольцо δ выглядело относительно ярким, что совместимо с присутствием пыли в его широкой составляющей. [10] Широкий компонент геометрически толще узкого компонента. 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. [17]
Кольцо γ узкое, оптически плотное и слегка эксцентричное. Наклонение ее орбиты практически равно нулю. [21] Ширина кольца варьируется в диапазоне 3,6–4,7 км, хотя эквивалентная оптическая глубина постоянна и составляет 3,3 км. [22] 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 и кольцо ε [16] , и лишено пыли. [17] Ширина и нормальная оптическая толщина γ-кольца демонстрируют значительные азимутальные вариации. [16] Механизм удержания такого узкого кольца неизвестен, но было замечено, что острый внутренний край γ-кольца находится в резонансе 6:5 с Офелией. [26] [28]
Кольцо η имеет нулевой эксцентриситет и наклонение орбиты. [21] Как и δ-кольцо, оно состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого внешнего плеча с низкой оптической толщиной. [10] Ширина узкой компоненты составляет 1,9–2,7 км, а эквивалентная глубина – около 0,42 км, что соответствует нормальной оптической толщине около 0,16–0,25. [22] 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 . [22] Это было обнаружено на изображениях «Вояджера-2» . [10] В пряморассеянном свете кольцо η выглядело ярким, что указывало на наличие в этом кольце значительного количества пыли, вероятно, в широком компоненте. [10] Широкий компонент намного толще (геометрически), чем узкий. Этот вывод подтверждается наблюдениями за событием пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда кольцо η продемонстрировало повышенную яркость, став вторым по яркости объектом в кольцевой системе. [17] Это согласуется с поведением геометрически толстого, но в то же время оптически тонкого кольца. [17] Как и большинство других колец, кольцо η демонстрирует значительные азимутальные вариации нормальной оптической толщины и ширины. Узкая составляющая местами даже пропадает. [16]
После кольца ε кольца α и β являются самыми яркими из колец Урана. [15] Как и кольцо ε, они демонстрируют регулярные изменения яркости и ширины. [15] Они самые яркие и широкие в 30° от апоцентра , а самые тусклые и узкие — в 30° от периапсиса . [10] [29] Кольца α и β имеют значительный эксцентриситет орбит и немаловажный наклон. [21] Ширина этих колец составляет 4,8–10 км и 6,1–11,4 км соответственно. [22] Эквивалентные оптические глубины составляют 3,29 км и 2,14 км, что соответствует нормальным оптическим глубинам 0,3–0,7 и 0,2–0,35 соответственно. [22] Во время пересечения плоскости кольца в 2007 году кольца исчезли, что означает, что они геометрически тонкие, как кольцо ε, и лишены пыли. [17] В том же событии была обнаружена толстая и оптически тонкая пылевая полоса сразу за пределами β-кольца, которую ранее также наблюдал « Вояджер-2» . [10] Массы колец α и β оцениваются примерно в 5 × 10 15 кг (каждое) — половина массы кольца ε. [30]
Кольца 6, 5 и 4 — самые внутренние и самые тусклые из узких колец Урана. [15] Это наиболее наклоненные кольца, а эксцентриситеты их орбит являются самыми большими, за исключением кольца ε. [21] Фактически, их наклоны (0,06°, 0,05° и 0,03°) были достаточно велики, чтобы «Вояджер-2» мог наблюдать их возвышения над плоскостью экватора Урана, которые составляли 24–46 км. [10] Кольца 6, 5 и 4 также являются самыми узкими кольцами Урана: их ширина составляет 1,6–2,2 км, 1,9–4,9 км и 2,4–4,4 км соответственно. [10] [22] Их эквивалентные глубины составляют 0,41 км, 0,91 и 0,71 км, в результате чего нормальная оптическая толщина составляет 0,18–0,25, 0,18–0,48 и 0,16–0,3. [22] Их не было видно во время пересечения кольцевой плоскости в 2007 году из-за их узости и отсутствия пыли. [17]
Кольцо λ было одним из двух колец, открытых «Вояджером-2» в 1986 году. [21] Это узкое, слабое кольцо, расположенное внутри кольца ε, между ним и спутником-пастухом Корделией . [10] Эта луна очищает темную полосу внутри кольца λ. При наблюдении в обратно рассеянном свете [e] λ-кольцо чрезвычайно узкое — около 1–2 км — и имеет эквивалентную оптическую толщину 0,1–0,2 км на длине волны 2,2 мкм. [3] Нормальная оптическая толщина составляет 0,1–0,2. [10] [27] Оптическая толщина λ-кольца сильно зависит от длины волны, что нетипично для кольцевой системы Урана. Эквивалентная глубина достигает 0,36 км в ультрафиолетовой части спектра, что объясняет, почему кольцо λ первоначально было обнаружено только в ультрафиолетовых звездных затмениях « Вояджером-2» . [27] Об обнаружении во время затмения звезды на длине волны 2,2 мкм было объявлено только в 1996 году. [3]
Внешний вид кольца λ резко изменился, когда его наблюдали в рассеянном вперед свете в 1986 году. [10] В этой геометрии кольцо стало самой яркой особенностью кольцевой системы Урана, затмив кольцо ε. [13] Это наблюдение, вместе с зависимостью оптической толщины от длины волны, указывает на то, что λ-кольцо содержит значительное количество пыли микрометрового размера. [13] Нормальная оптическая толщина этой пыли составляет 10 –4 –10 –3 . [15] Наблюдения телескопа Кека в 2007 году во время пересечения плоскости кольца подтвердили этот вывод, поскольку кольцо λ стало одной из самых ярких особенностей в кольцевой системе Урана. [17]
Детальный анализ изображений «Вояджера-2» выявил азимутальные вариации яркости λ-кольца. [15] Изменения кажутся периодическими, напоминающими стоячую волну . Происхождение этой тонкой структуры в λ-кольце остается загадкой. [13]
В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил широкий и слабый слой материала внутри кольца 6. [10] Этому кольцу было присвоено временное обозначение 1986U2R. Он имел нормальную оптическую толщину 10–3 или меньше и был чрезвычайно тусклым. Считалось, что оно видно только на одном изображении «Вояджера-2» [10] , пока повторный анализ данных «Вояджера» в 2022 году не выявил кольцо на изображениях после встречи. [31] Кольцо располагалось между 37 000 и 39 500 км от центра Урана, или всего лишь примерно в 12 000 км над облаками. [3] Оно не наблюдалось снова до 2003–2004 годов, когда телескоп Кека обнаружил широкий и слабый слой материала прямо внутри кольца 6. Это кольцо было названо ζ-кольцом. [3] Положение восстановленного ζ-кольца существенно отличается от наблюдаемого в 1986 году. Сейчас оно находится между 37 850 и 41 350 км от центра планеты. Имеется внутреннее постепенно затухающее расширение, достигающее по крайней мере 32 600 км [3] или, возможно, даже до 27 000 км — до атмосферы Урана. Эти расширения называются кольцами ζ c и ζ cc соответственно. [32]
Кольцо ζ снова наблюдалось во время пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда оно стало самой яркой особенностью кольцевой системы, затмив все остальные кольца вместе взятые. [17] Эквивалентная оптическая толщина этого кольца составляет около 1 км (0,6 км для внутреннего расширения), в то время как нормальная оптическая толщина снова меньше 10 -3 . [3] Довольно разный внешний вид колец 1986U2R и ζ может быть вызван разной геометрией наблюдения: геометрией обратного рассеяния в 2003–2007 гг. и геометрией бокового рассеяния в 1986 г. [3] [17] Изменения за последние 20 лет в Нельзя исключать распространение пыли, которая, как считается, преобладает на ринге. [17]
Помимо колец 1986U2R/ζ и λ, в системе колец Урана есть и другие чрезвычайно слабые пылевые полосы. [10] Они невидимы во время затмений, поскольку имеют незначительную оптическую толщину, хотя в рассеянном вперед свете они ярки. [13] Изображения рассеянного вперед света, полученные «Вояджером-2», показали существование ярких пылевых полос между кольцами λ и δ, между кольцами η и β, а также между кольцом α и кольцом 4. [10] Многие из этих полос были снова обнаружены в 2003–2004 годах телескопом Кека и во время события пересечения плоскости кольца в 2007 году в обратно рассеянном свете, но их точное местоположение и относительная яркость отличались от тех, что были во время наблюдений «Вояджера» . [3] [17] Нормальная оптическая толщина пылевых полос составляет около 10 −5 или меньше. Считается, что распределение частиц пыли по размерам подчиняется степенному закону с индексом p = 2,5 ± 0,5. [15]
Помимо отдельных пылевых полос система колец Урана оказывается погруженной в широкий и слабый слой пыли с нормальной оптической толщиной, не превышающей 10 -3 . [32]
В 2003–2005 годах космический телескоп «Хаббл» обнаружил пару ранее неизвестных колец, теперь называемых системой внешних колец, в результате чего число известных колец Урана достигло 13. [11] Эти кольца впоследствии были названы μ (mu) и ν. (ню) кольца. [14] Кольцо μ является самым дальним из пары и находится в два раза дальше от планеты, чем яркое кольцо η. [11] Внешние кольца отличаются от внутренних узких колец во многих отношениях. Они широкие, шириной 17 000 и 3800 км соответственно, и очень слабые. Их пиковые нормальные оптические толщины составляют 8,5×10–6 и 5,4× 10–6 соответственно. Полученные эквивалентные оптические глубины составляют 0,14 км и 0,012 км. Кольца имеют треугольные радиальные профили яркости. [11]
Пиковая яркость кольца μ(mu) лежит почти точно на орбите небольшого спутника Урана Маб , который, вероятно, является источником частиц кольца. [11] [12] Кольцо ν (nu) расположено между Порцией и Розалиндой и не содержит внутри себя никаких лун. [11] Повторный анализ изображений рассеянного вперед света, сделанных «Вояджером-2», ясно выявляет кольца μ и ν. В этой геометрии кольца намного ярче, что указывает на то, что они содержат много микрометровой пыли. [11] Внешние кольца Урана могут быть похожи на кольца G и E Сатурна, поскольку кольцо E чрезвычайно широкое и в него попадает пыль с Энцелада . [11] [12]
Кольцо μ может состоять целиком из пыли, вообще без каких-либо крупных частиц. Эту гипотезу подтверждают наблюдения, проведенные телескопом Кека, который не смог обнаружить кольцо μ в ближнем инфракрасном диапазоне на длине волны 2,2 мкм, но обнаружил кольцо ν. [20] Этот сбой означает, что кольцо μ имеет синий цвет, что, в свою очередь, указывает на то, что внутри него преобладает очень мелкая (субмикрометровая) пыль. [20] Пыль может состоять из водяного льда. [33] Напротив, кольцо ν имеет слегка красный цвет. [20] [34]
Выдающейся проблемой физики, управляющей узкими кольцами Урана, является их удержание. Без какого-либо механизма, удерживающего частицы вместе, кольца быстро разошлись бы в радиальном направлении. [9] Срок жизни колец Урана без такого механизма не может составлять более 1 миллиона лет. [9] Наиболее широко цитируемая модель такого удержания, первоначально предложенная Голдрейхом и Тремейном , [35] заключается в том, что пара близлежащих лун, внешний и внутренний «пастухи», гравитационно взаимодействуют с кольцом и действуют как стоки и доноры соответственно для чрезмерный и недостаточный угловой момент (или, что то же самое, энергия). Таким образом, пастухи удерживают частицы кольца на месте, но сами постепенно удаляются от кольца. [9] Чтобы быть эффективным, масса пастухов должна превышать массу кольца как минимум в два-три раза. Известно, что этот механизм работает в случае ε-кольца, где пастухами служат Корделия и Офелия . [26] Корделия также является внешним пастырем кольца δ, а Офелия — внешним пастырем кольца γ. [26] В окрестностях других колец не известно ни одного спутника размером более 10 км. [10] Текущее расстояние Корделии и Офелии от кольца ε можно использовать для оценки возраста кольца. Расчеты показывают, что ε-кольцо не может быть старше 600 миллионов лет. [9] [24]
Поскольку кольца Урана кажутся молодыми, они должны постоянно обновляться за счет столкновительной фрагментации более крупных тел. [9] Оценки показывают, что время жизни спутника такого размера, как у Пака, до коллизионного разрушения составляет несколько миллиардов лет. Срок службы меньшего спутника намного короче. [9] Таким образом, все нынешние внутренние спутники и кольца могут быть продуктами разрушения нескольких спутников размером с Пак за последние четыре с половиной миллиарда лет. [24] Каждое такое разрушение запускало бы каскад столкновений, который быстро измельчал бы почти все крупные тела на гораздо более мелкие частицы, включая пыль. [9] В конечном итоге большая часть массы была потеряна, и частицы выживали только в положениях, которые стабилизировались взаимными резонансами и перемещением. Конечным продуктом такой разрушительной эволюции стала бы система узких колец. В настоящее время несколько лун все еще должны находиться внутри колец. Максимальный размер таких лун, вероятно, составляет около 10 км. [24]
Происхождение пылевых полос менее проблематично. Пыль имеет очень короткий срок жизни, 100–1000 лет, и должна постоянно пополняться за счет столкновений между более крупными кольцевыми частицами, лунами и метеороидами из-за пределов системы Урана. [13] [24] Пояса родительских спутников и частиц сами по себе невидимы из-за их низкой оптической толщины, в то время как пыль проявляется в рассеянном вперед свете. [24] Ожидается, что узкие главные кольца и лунные пояса, которые создают пылевые полосы, будут различаться по распределению частиц по размерам. Основные кольца имеют тела размером от сантиметра до метра. Такое распределение увеличивает площадь поверхности материала в кольцах, что приводит к высокой оптической плотности обратно рассеянного света. [24] Напротив, пылевые полосы содержат относительно мало крупных частиц, что приводит к низкой оптической толщине. [24]
Кольца были тщательно исследованы космическим кораблем «Вояджер-2» в январе 1986 года. [21] Были открыты два новых слабых кольца — λ и 1986U2R, в результате чего общее число известных тогда колец достигло одиннадцати. Кольца изучались путем анализа результатов радио-, [23] ультрафиолетового [27] и оптического затмений. [16] «Вояджер-2» наблюдал кольца разной геометрии относительно Солнца, получая изображения с обратно-рассеянным, вперед-рассеянным и боковым светом. [10] Анализ этих изображений позволил получить полную фазовую функцию, геометрическое альбедо и альбедо Бонда кольцевых частиц. [15] Два кольца — ε и η — были разрешены на изображениях, обнаруживающих сложную тонкую структуру. [10] Анализ изображений «Вояджера» также привел к открытию одиннадцати внутренних спутников Урана , в том числе двух спутников-пастухов кольца ε — Корделии и Офелии. [10]
В этой таблице суммированы свойства планетарной кольцевой системы Урана .
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )