stringtranslate.com

Кольца Урана

Обновленное изображение системы колец Урана (кольца эпсилон/ε, дзета/ζ, мю/мк и nu/ν аннотированы), полученное камерой ближнего инфракрасного диапазона космического телескопа Джеймса Уэбба 4 сентября 2023 года.

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]

Открытие

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]

Общие свойства

Схема системы кольцо-луна Урана . Сплошные линии обозначают кольца; пунктирные линии обозначают орбиты спутников.

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]

Узкие главные кольца

ε (эпсилон) кольцо

Кольцо ε Урана крупным планом.

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]

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

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]

δ (дельта) кольцо

Сравнение колец Урана в прямо-рассеянном и обратно-рассеянном свете (изображения получены "Вояджером-2" в 1986 году)

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]

γ (гамма) кольцо

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]

η (эта) кольцо

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]

α (альфа) и β (бета) кольца

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

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]

Пыльные кольца

λ (лямбда) кольцо

Изображение внутренних колец Урана с большой выдержкой и большим фазовым углом (172,5°) [15] Вояджер-2 . В рассеянном вперед свете можно увидеть пылевые полосы, не видимые на других изображениях, а также узнаваемые кольца.

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]

Кольцо 1986U2R/ζ (дзета)

Изображение открытия кольца 1986U2R.

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]

Другие пылевые полосы

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]

Кольца μ (мю) и ν (ню)

Кольца μ и ν Урана (R/2003 U1 и U2) на изображениях космического телескопа Хаббла 2005 года.

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]

Динамика и происхождение

Улучшенная цветовая схема внутренних колец, полученная на основе изображений «Вояджера-2».

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]

Исследование

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]

Список недвижимости

В этой таблице суммированы свойства планетарной кольцевой системы Урана .

Примечания

  1. ^ Свет, рассеянный вперед, — это свет, рассеянный под небольшим углом относительно солнечного света ( фазовый угол около 180°).
  2. ^ Оппозиция выключена означает, что угол между направлением объекта-Солнца и направлением объекта-Земли не равен нулю.
  3. ^ ab Нормальная оптическая толщина τ кольца — это отношение общего геометрического сечения частиц кольца к площади кольца. Он принимает значения от нуля до бесконечности. Световой луч, проходящий нормально через кольцо, будет ослаблен в е -τ раз . [15]
  4. ^ ab Эквивалентная глубина ED кольца определяется как интеграл от нормальной оптической глубины поперек кольца. Другими словами, ED=∫τdr, где r — радиус. [3]
  5. ^ Обратно-рассеянный свет — это свет, рассеянный под углом, близким к 180°, относительно солнечного света ( фазовый угол, близкий к 0°).
  6. ^ ab Радиусы колец 6,5,4, α, β, η, γ, δ, λ и ε были взяты из Esposito et al., 2002. [9] Ширина колец 6,5,4, α Кольца , β, η, γ, δ и ε взяты из Karkoshka et al., 2001. [22] Радиусы и ширины колец ζ и 1986U2R взяты из de Pater et al., 2006. [3] Ширина кольцо λ взято из Holberg et al., 1987. [27] Радиусы и ширины колец μ и ν были взяты из Showalter et al., 2006. [11]
  7. ^ Эквивалентная глубина колец 1986U2R и ζ c /ζ cc является произведением их ширины и нормальной оптической толщины. Эквивалентные глубины колец 6,5,4, α, β, η, γ, δ и ε были взяты из Каркошки и др., 2001. [22] Эквивалентные глубины колец λ и ζ, µ и ν равны получены с использованием значений μEW из de Pater et al., 2006 [3] и de Pater et al., 2006b, [20] соответственно. Значения цЭВ для этих колец были умножены на коэффициент 20, что соответствует предполагаемому альбедо частиц кольца, равному 5%.
  8. ^ Нормальные оптические толщины всех колец, кроме ζ, ζ c , ζ cc , ​​1986U2R, µ и ν, рассчитывались как отношения эквивалентных глубин к ширинам. Нормальная оптическая толщина кольца 1986U2R была взята из работы de Smith et al., 1986. [10] Нормальная оптическая толщина колец μ и ν представляет собой пиковые значения из Showalter et al., 2006, [11] , тогда как нормальная оптическая толщина кольца 1986U2R была взята из работы de Smith et al., 1986. [10] глубины колец ζ, ζ c и ζ cc взяты из Dunn et al., 2010. [32]
  9. ^ Оценки толщины взяты из Lane et al., 1986. [16]
  10. ^ ab Эксцентриситет и наклон колец были взяты из Stone et al., 1986 и French et al., 1989. [21] [28]

Рекомендации

  1. ↑ Аб Ринкон, Пол (18 апреля 2007 г.). «Кольца Урана 'были замечены в 1700-х годах'». Новости BBC . Проверено 23 января 2012 г.(повторное исследование Стюарта Ивса)
  2. ^ Филаккьоне и Чиарниелло (2021) «Кольца», Геологическая энциклопедия , 2-е издание, INAF-IAPS, Рим
  3. ^ abcdefghijklm де Патер, Имке; Гиббард, Серан Г.; Хаммель, HB (2006). «Эволюция пыльных колец Урана». Икар . 180 (1): 186–200. Бибкод : 2006Icar..180..186D. дои : 10.1016/j.icarus.2005.08.011.
  4. ^ «Открыл ли Уильям Гершель кольца Урана в 18 веке?» Физорг.com . 2007 . Проверено 20 июня 2007 г.
  5. ^ аб Эллиот, JL; Данэм, Э; Минк, Д. (1977). «Затмение САО – 15 86687 поясом спутников Урана». Международный астрономический союз, Циркуляр № 3051.
  6. ^ Эллиот, JL; Данэм, Э.; Минк, Д. (1977). «Кольца Урана». Природа . 267 (5609): 328–330. Бибкод : 1977Natur.267..328E. дои : 10.1038/267328a0. S2CID  4194104.
  7. ^ Николсон, PD; Перссон, SE; Мэтьюз, К.; и другие. (1978). «Кольца Урана: результаты покрытий 10 апреля 1978 года» (PDF) . Астрономический журнал . 83 : 1240–1248. Бибкод : 1978AJ.....83.1240N. дои : 10.1086/112318.
  8. ^ Миллис, РЛ; Вассерман, Л.Х. (1978). «Покрытие BD −15 3969 кольцами Урана». Астрономический журнал . 83 : 993–998. Бибкод : 1978AJ.....83..993M. дои : 10.1086/112281 .
  9. ^ abcdefghijklmno Эспозито, LW (2002). «Планетарные кольца». Отчеты о прогрессе в физике . 65 (12): 1741–1783. Бибкод : 2002RPPH...65.1741E. дои : 10.1088/0034-4885/65/12/201. S2CID  250909885.
  10. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwxyz а.а. Смит, бакалавр; Содерблом, Луизиана; Биб, А.; Блисс, Д.; Бойс, Дж. М.; Брагич, А.; Бриггс, Джорджия; Браун, Р.Х.; Коллинз, ЮАР (4 июля 1986 г.). «Вояджер-2 в системе Урана: результаты научных исследований». Наука (Представлена ​​рукопись). 233 (4759): 43–64. Бибкод : 1986Sci...233...43S. дои : 10.1126/science.233.4759.43. PMID  17812889. S2CID  5895824.
  11. ^ abcdefghijklm Шоуолтер, Марк Р.; Лиссауэр, Джек Дж. (17 февраля 2006 г.). «Вторая система Кольцо-Луна Урана: открытие и динамика». Наука . 311 (5763): 973–977. Бибкод : 2006Sci...311..973S. дои : 10.1126/science.1122882 . PMID  16373533. S2CID  13240973.
  12. ^ abc «Хаббл НАСА обнаруживает новые кольца и спутники вокруг Урана». Хабблсайт . 2005 . Проверено 9 июня 2007 г.
  13. ^ abcdefghi Бернс, JA; Гамильтон, ДП; Шоуолтер, MR (2001). «Пыльные кольца и околопланетная пыль: наблюдения и простая физика» (PDF) . Ин Грюн, Э.; Густафсон, БАС; Дермотт, Северная Каролина; Фехтиг Х. (ред.). Межпланетная пыль . Берлин: Шпрингер. стр. 641–725.
  14. ^ ab Шоуолтер, Марк Р.; Лиссауэр, Джей Джей; французский, РГ; и другие. (2008). «Внешние пылевые кольца Урана в космическом телескопе Хаббл». Встреча №39 ААА/Отдела динамической астрономии . 39 :16.02. Бибкод : 2008DDA....39.1602S.
  15. ^ abcdefghijklm Оккерт, Мэн; Куцци, Дж. Н.; Порко, CC; Джонсон, ТВ (1987). «Фотометрия колец Урана: результаты «Вояджера-2». Журнал геофизических исследований . 92 (А13): 14, 969–78. Бибкод : 1987JGR....9214969O. дои : 10.1029/JA092iA13p14969.
  16. ^ abcdefghijklm Лейн, Артур Л.; Хорд, Чарльз В.; Уэст, Роберт А.; и другие. (1986). «Фотометрия с «Вояджера-2»: первоначальные результаты по атмосфере, спутникам и кольцам Урана». Наука . 233 (4759): 65–69. Бибкод : 1986Sci...233...65L. дои : 10.1126/science.233.4759.65. PMID  17812890. S2CID  3108775.
  17. ^ abcdefghijklm де Патер, Имке ; Хаммель, HB; Шоуолтер, Марк Р.; Ван Дам, Маркос А. (2007). «Темная сторона колец Урана» (PDF) . Наука . 317 (5846): 1888–1890. Бибкод : 2007Sci...317.1888D. дои : 10.1126/science.1148103. PMID  17717152. S2CID  23875293. Архивировано из оригинала (PDF) 03 марта 2019 г.
  18. ^ Аб Каркошка, Эрих (1997). «Кольца и спутники Урана: красочные и не такие темные». Икар . 125 (2): 348–363. Бибкод : 1997Icar..125..348K. дои : 10.1006/icar.1996.5631.
  19. ^ abcd Бейнс, Кевин Х.; Янамандра-Фишер, Падмавати А.; Лебофски, Ларри А.; и другие. (1998). «Абсолютное фотометрическое изображение системы Урана в ближнем инфракрасном диапазоне» (PDF) . Икар . 132 (2): 266–284. Бибкод : 1998Icar..132..266B. дои : 10.1006/icar.1998.5894.
  20. ^ abcde dePater, Имке; Хаммель, Хайди Б.; Гиббард, Серан Г.; Шоуолтер, Марк Р. (2006). «Новые пылевые пояса Урана: одно кольцо, два кольца, красное кольцо, синее кольцо» (PDF) . Наука . 312 (5770): 92–94. Бибкод : 2006Sci...312...92D. дои : 10.1126/science.1125110. OSTI  957162. PMID  16601188. S2CID  32250745. Архивировано из оригинала (PDF) 3 марта 2019 г.
  21. ^ abcdefghi Stone, EC; Майнер, ЭД (1986). «Встреча «Вояджера-2» с системой Урана». Наука . 233 (4759): 39–43. Бибкод : 1986Sci...233...39S. дои : 10.1126/science.233.4759.39. PMID  17812888. S2CID  32861151.
  22. ^ abcdefghijklmnopq Каркошка, Эрих (2001). «Фотометрическое моделирование Эпсилон-кольца Урана и расположения его частиц». Икар . 151 (1): 78–83. Бибкод : 2001Icar..151...78K. дои : 10.1006/icar.2001.6598.
  23. ^ abc Тайлер, JL; Свитнэм, DN; Андерсон, доктор медицинских наук; и другие. (1986). «Радионаучные наблюдения Уранской системы с помощью «Вояджера-2»: атмосфера, кольца и спутники». Наука . 233 (4759): 79–84. Бибкод : 1986Sci...233...79T. дои : 10.1126/science.233.4759.79. PMID  17812893. S2CID  1374796.
  24. ^ abcdefghij Эспозито, LW; Колвелл, Джошуа Э. (1989). «Создание колец Урана и пылевых полос». Природа . 339 (6226): 605–607. Бибкод : 1989Natur.339..605E. дои : 10.1038/339605a0. S2CID  4270349.
  25. ^ Хорн, ЖЖ; Лейн, Алабама; Янамандра-Фишер, Пенсильвания; Эспозито, LW (1988). «Физические свойства дельта-кольца Урана по возможной волне плотности». Икар . 76 (3): 485–492. Бибкод : 1988Icar...76..485H. дои : 10.1016/0019-1035(88)90016-4.
  26. ^ abcd Порко, Кэролайн, К.; Гольдрейх, Питер (1987). «Пастырь за кольцами Урана I: Кинематика». Астрономический журнал . 93 : 724–778. Бибкод : 1987AJ.....93..724P. дои : 10.1086/114354.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  27. ^ abcdef Холберг, JB; Николсон, доктор медицинских наук; французский, РГ; Эллиот, Дж. Л. (1987). «Зонды звездного затмения колец Урана на расстоянии 0,1 и 2,2 мкм: сравнение результатов UVS «Вояджера» и земных результатов». Астрономический журнал . 94 : 178–188. Бибкод : 1987AJ.....94..178H. дои : 10.1086/114462 .
  28. ^ аб Френч, Ричард Д.; Эллиот, Дж.Л.; Френч, Линда М.; и другие. (1988). «Орбиты колец Урана по данным наземных наблюдений и наблюдений затмения «Вояджеров». Икар . 73 (2): 349–478. Бибкод : 1988Icar...73..349F. дои : 10.1016/0019-1035(88)90104-2.
  29. ^ Гиббард, СГ; Де Патер, И.; Хаммель, HB (2005). «Адаптивная оптика ближнего инфракрасного диапазона: изображения спутников и отдельных колец Урана». Икар . 174 (1): 253–262. Бибкод : 2005Icar..174..253G. дои : 10.1016/j.icarus.2004.09.008.
  30. ^ Чан, Юджин И.; Калтер, Кристофер Дж. (2003). «Трехмерная динамика узких планетарных колец». Астрофизический журнал . 599 (1): 675–685. arXiv : astro-ph/0309248 . Бибкод : 2003ApJ...599..675C. дои : 10.1086/379151. S2CID  5103017.
  31. ^ «Любитель находит новые изображения колец Урана в данных 35-летней давности» . Небо и телескоп . 20 октября 2022 г. Проверено 7 ноября 2022 г.
  32. ^ abc Данн, Делавэр; Де Патер, И.; Стэм, Д. (2010). «Моделирование урановых колец на высоте 2,2 мкм: сравнение с данными АО Кек за июль 2004 г.». Икар . 208 (2): 927–937. Бибкод : 2010Icar..208..927D. дои : 10.1016/j.icarus.2010.03.027.
  33. ^ Стивен Баттерсби (2006). «Голубое кольцо Урана, связанное со сверкающим льдом». НовыйScientistSpace . Проверено 9 июня 2007 г.
  34. ^ Сандерс, Роберт (6 апреля 2006 г.). «Вокруг Урана обнаружено голубое кольцо». Новости Калифорнийского университета в Беркли . Проверено 3 октября 2006 г.
  35. ^ Гольдрейх, Питер ; Тремейн, Скотт (1979). «К теории урановых колец». Природа . 277 (5692): 97–99. Бибкод : 1979Natur.277...97G. дои : 10.1038/277097a0. S2CID  4232962.

Внешние ссылки