Uránusz gyűrűi

Az Uránusz gyűrűi az Uránusz bolygót körülvevő  gyűrűrendszer . A komplexitásban köztes helyet foglal el a Szaturnusz fejlettebb gyűrűrendszere és a Jupiter és a Neptunusz gyűrűinek egyszerű rendszerei között . Az Uránusz első kilenc gyűrűjét 1977. március 10-én fedezték fel James Elliot , Edward Dunham és Douglas Mink . Ezt követően további négyet fedeztek fel: kettőt a Voyager 2 1986 - ban , kettőt pedig a Hubble teleszkóp 2003-2005-ben.

200 évvel korábban William Herschel beszámolt az Uránusz körüli gyűrűk megfigyeléséről, de a modern csillagászok kétségbe vonják egy ilyen felfedezés lehetőségét, mivel ezek a gyűrűk nagyon halványak és halványak, és az akkori csillagászati ​​berendezéssel nem lehetett kimutatni őket.

2008 -tól 13 gyűrű ismert. A bolygótól való távolság növekedésének sorrendjében a következőképpen vannak elrendezve: 1986U2R/ ζ , 6, 5, 4, α , β , η , γ , δ , λ , ε , ν és μ . Az 1986U2R/ζ gyűrű (38 000 km) a legkisebb, a μ gyűrűé (kb. 98 000 km) a legnagyobb. A fő gyűrűk között gyenge porgyűrűk és nyílt ívek lehetnek. A gyűrűk rendkívül sötétek, a bennük lévő részecskék Bond-albedója nem haladja meg a 2%-ot. Valószínűleg vízjégből állnak, szerves zárványokkal .

Az Uránusz gyűrűinek többsége átlátszatlan. Szélességük nem több néhány kilométernél. A gyűrűrendszer összességében kevés port tartalmaz, és főleg nagyméretű, 20 centimétertől 20 méteres átmérőjű tárgyakból áll. Néhány gyűrű azonban optikailag vékony: a széles, halvány 1986U2R/ζ, μ és ν gyűrűk kis porszemcsékből állnak, míg a keskeny, halvány λ nagy testeket tartalmaz. A viszonylag kis mennyiségű por a gyűrűrendszerben a kiterjesztett exoszféra  – az Uránusz koronájának – aerodinamikai ellenállásával magyarázható .

Úgy gondolják, hogy az Uránusz gyűrűi viszonylag fiatalok, életkoruk nem haladja meg a 600 millió évet. Az Uránusz gyűrűrendszere valószínűleg a bolygó körül korábban keringő műholdak ütközéséből alakult ki. Az ütközések következtében a műholdak egyre kisebb részecskékre bomlottak, amelyek immár gyűrűket alkotnak a maximális gravitációs stabilitás szigorúan korlátozott zónáiban.

Még mindig nem tisztázott az a mechanizmus, amely a keskeny gyűrűket határaikon belül tartja. Kezdetben úgy gondolták, hogy minden keskeny gyűrűben van egy pár "pásztorhold", amely alátámasztja az alakját, de 1986-ban a Voyager 2 csak egy pár ilyen holdat ( Cordelia és Ophelia ) talált a legfényesebb gyűrű, az ε körül.

Megfigyelési előzmények

Az Uránusz felfedezőjének, William Herschelnek a műveiben a gyűrűk első említése egy 1789. február 22-i bejegyzésben található . A megfigyelésekhez fűzött jegyzetekben megjegyezte, hogy gyűrűk jelenlétére utalt az Uránuszban [1] . Herschel azt javasolta, hogy vörösek (amit 2006-ban az utolsó előtti gyűrűre vonatkozóan megerősítettek a Keck Obszervatórium megfigyelései ). Herschel feljegyzései 1797 - ben kerültek be a Royal Society folyóiratába . Ezt követően azonban csaknem két évszázadon át - 1797 és 1979 között - a gyűrűk egyáltalán nem szerepeltek a tudományos irodalomban, ami okot ad a tudós tévedésének gyanújára [2] . Mindazonáltal a Herschel által látottak kellően pontos leírása nem adott okot arra, hogy megfigyeléseit csak úgy elvesse [3] .

Egy gyűrűrendszer jelenlétét az Uránusz közelében csak 1977. március 10-én erősítették meg James Elliot , Edward Dunham ( ang. Edward W. Dunham ) és Douglas Mink ( angol. Douglas J. Mink ) amerikai tudósok a Kuiper légi obszervatórium segítségével . A felfedezés véletlenül történt – egy tudóscsoport azt tervezte, hogy megfigyeléseket végez az Uránusz légköréről, miközben a SAO 158687 csillagot takarja el vele . A megfigyelési adatokat elemezve azonban már az Uránusz általi okkultáció előtt is csökkenést tapasztaltak a csillag fényességében , és ez egymás után többször is megtörtént. Ennek eredményeként az Uránusz 9 gyűrűjét fedezték fel [4] .   

Amikor a Voyager 2 űrszonda az Uránusz közelébe érkezett, a fedélzeti optika segítségével további 2 gyűrűt fedeztek fel, és az ismert gyűrűk száma összesen 11-re nőtt. 2005 decemberében a Hubble űrteleszkóp további 2 korábban ismeretlen gyűrűt regisztrált. Kétszer olyan messze vannak a bolygótól, mint a korábban felfedezett gyűrűk, ezért gyakran az Uránusz külső gyűrűrendszereként emlegetik őket. A gyűrűkön kívül a Hubble két eddig ismeretlen kis műholdat is segített felfedezni, amelyek közül az egyik ( Mab ) pályája megegyezik a legkülső gyűrűvel. Az utolsó két gyűrű 13-ra növeli az Uránusz ismert gyűrűinek számát [5] . 2006 áprilisában a hawaii Keck Obszervatórium által készített képek az új gyűrűkről lehetővé tették a színük megkülönböztetését. Az egyik piros, a másik (a legkülső) kék [3] [6] . Feltételezések szerint a külső gyűrű kék ​​színe annak köszönhető, hogy a poron kívül a Mab felszínéről származó vízjég néhány apró részecskéjét is tartalmaz [3] [7] . A bolygó belső gyűrűi szürkének tűnnek [3] .

Amikor a Föld keresztezi az Uránusz gyűrűinek síkját, azok élükön látszanak. Ez volt például 2007-2008 - ban .

Alapvető információk

Az Uránusz gyűrűrendszere 13 különálló gyűrűt foglal magában. A bolygótól való távolság szerint a következő sorrendben vannak elrendezve: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, μ [8] . 3 csoportra oszthatók: 9 keskeny főgyűrű (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε) [9] , két porgyűrű (1986U2R/ζ, λ) [10] és két külső gyűrűk (μ, ν) [8] [11] .

Az Uránusz gyűrűi főleg makrorészecskékből és kis mennyiségű porból állnak [12] . Ismeretes, hogy porszemcsék jelen vannak az 1986U2R/ζ, η, δ, λ, ν és μ gyűrűkben [8] [10] . Az ismert gyűrűkön kívül nagy valószínűséggel szinte megkülönböztethetetlen porsávok és nagyon gyenge és vékony gyűrűk találhatók közöttük [13] . Ezek a halvány gyűrűk és porsávok csak átmenetileg létezhetnek, vagy több különálló ívből állhatnak, amelyeket néha észlelhetünk egy csillag bolygóleptekor [13] . Némelyikük akkor vált észrevehetővé, amikor a Föld 2007-ben keresztezte a gyűrűk síkját [14] . A gyűrűk közötti porsávok nagy részét előrefelé szórt fényben figyelték meg már a Voyager 2 -ben [15] . Az Uránusz minden gyűrűjének fényereje azimut változást mutat [15] .

A gyűrűk rendkívül sötét anyagból készülnek. A gyűrűket alkotó részecskék geometriai albedója nem haladja meg az 5-6%-ot, a Bond-albedó  pedig körülbelül 2%-ot [12] [16] . A gyűrűk erős oppozíciós hatást mutatnak  - a reflexiós képesség növekedése a fázisszög csökkenésével (más szóval, a fény nagy része visszaverődik a forrás felé) [12] . A gyűrűk enyhén vörösesnek tűnnek az ultraibolya és látható megfigyelések során, és szürkének a közeli infravörös megfigyelések során [17] . A gyűrűkben nem figyelhetők meg azonosítható spektrális jellemzők.

A gyűrűrészecskék kémiai összetétele nem ismert. Nem állhatnak azonban tiszta vízjégből, például a Szaturnusz gyűrűiből , mert túl sötétek, még az Uránusz belső holdjainál is sötétebbek [17] . Ez azt jelzi, hogy jég és sötét anyag keverékéből állnak. Ennek az anyagnak a természete nem ismert, de lehet, hogy szerves , az Uránusz magnetoszférájából származó töltött részecskékkel való besugárzás hatására jelentősen elsötétül . Lehetséges, hogy a gyűrűk erősen átalakult anyagból állnak, amely kezdetben hasonló ahhoz, amelyből az Uránusz belső műholdai állnak [17] .

Általánosságban elmondható, hogy az urán gyűrűrendszer nem hasonlít a Jupiter homályos poros gyűrűihez , sem a Szaturnusz széles és összetett gyűrűihez, amelyek közül néhány nagyon fényes a vízjég részecskéi miatt [9] . Azonban az Uránusz és a Szaturnusz gyűrűiben is van valami közös: a Szaturnusz F gyűrűje és az Uránusz ε gyűrűje egyaránt keskeny, viszonylag sötét, és egy pár műholddal „legelészik” [9] . Az Uránusz nemrég felfedezett külső gyűrűi hasonlóak a Szaturnusz külső G és E gyűrűihez [18] . A Szaturnusz széles gyűrűi közötti kis gyűrűk az Uránusz keskeny gyűrűire is hasonlítanak [9] . Ezenkívül az Uránusz gyűrűi közötti por felhalmozódása hasonló lehet a Jupiter porgyűrűihez [10] . A Neptunusz gyűrűrendszere jobban hasonlít az Uránuszhoz, de összetettebb, sötétebb és több port tartalmaz; A Neptunusz gyűrűi messzebb vannak a bolygótól, mint az Uránusz gyűrűi [10] .

Keskeny főgyűrűk

ε (epsilon)

Az ε (epszilon) gyűrű az Uránusz gyűrűi közül a legfényesebb és legsűrűbb, és a gyűrűk által visszavert fény körülbelül kétharmadáért felelős [15] [17] . Ennek a gyűrűnek van a legnagyobb excentricitása az összes közül, és van egy kis pályahajlása is [ 19] .

A gyűrű megnyúlása az oka annak, hogy a fényereje különböző helyeken nem azonos: a legmagasabb az apocentrum közelében (a bolygótól legtávolabbi pont), a legkisebb pedig a pericentrum közelében (a legközelebbi) [20] . Ez a különbség eléri a 2,5-3,0-szeresét [12] , és a gyűrű szélességében bekövetkezett változással függ össze, amely a periapsisban 19,7 km, az apocenterben pedig 96,4 km [20] . A gyűrű szélesedésével az egymáson lévő részecskék "árnyékolásának" mértéke csökken, és ezek közül több figyelhető meg, ami nagyobb integrált fényerőhöz vezet [16] . A gyűrű szélességének változásait a Voyager 2 által készített felvételeken mérték, mivel az ε gyűrű egyike volt annak a kettőnek, amelynek szélessége ezeken a képeken megkülönböztethető [15] . Ez azt jelzi, hogy a gyűrű optikailag mély . Valójában a Földről és a Voyager 2-ről végzett csillagok e gyűrű általi okkultációjának megfigyelései azt mutatták, hogy normál „optikai mélysége” 0,5 és 2,5 között változik [20] [21] , és maximum a gyűrű pályájának percentere közelében van. . Az ε gyűrű „egyenértékű mélysége” körülbelül 47 kilométer, és nem változik teljes hosszában [20] .

Az ε gyűrű geometriai vastagsága nem ismert pontosan, bár egyes becslések szerint körülbelül 150 méter [13] . Az ilyen kis vastagság ellenére a gyűrű több réteg részecskerétegből áll. Az ε gyűrű apocentruma olyan hely, ahol nagy a részecskék koncentrációja: ezek különböző becslések szerint a tér 0,8-6%-át foglalják el, így a köztük lévő átlagos távolság mindössze kétszerese lehet átmérőjüknek. Ennek a gyűrűnek az átlagos részecskemérete 0,2–20 méter [20] . Rendkívüli vékonysága miatt az ε gyűrű szélről nézve eltűnik. Ez 2007-ben történt, amikor a Föld keresztezte a gyűrűk síkját [14] . A gyűrű alacsony portartalma az Uránusz kiterjesztett légköri koronájának aerodinamikai ellenállásával magyarázható [3] .

A Voyager 2 furcsa jelet észlelt ebből a gyűrűből a „ rádiós lefedettség ” kísérletben [21] . Ez a rádióhullámok közvetlen szóródásának jelentős növekedését jelentette a gyűrű apocentruma közelében , 3,6 cm-es hullámhosszon, amihez az ε gyűrű rendezett szerkezetének megléte szükséges. Ezt a szerkezetet számos bevonattal kapcsolatos megfigyelés igazolta [13] . Úgy tűnik, az ε gyűrű sok keskeny optikailag sűrű gyűrűből áll [13] , amelyek közül néhány nem zárt.

Két "pásztortársa" van - Cordelia (belső) és Ophelia (külső ) . A gyűrű belső széle 24:25 orbitális rezonanciában van Cordeliával, a külső él pedig 14:13 rezonanciában Opheliával [22] . A gyűrű hatékony "legeltetése" (a meglévő határokon belül tartása) érdekében minden műhold tömegének legalább háromszorosának kell lennie a gyűrű tömegének [9] . Az ε gyűrű tömegét körülbelül 10 16 kg -ra becsülik [9] [22] .

δ (delta)

A δ gyűrű kerek és enyhe hajlású [19] . A gyűrűnek jelentős, megmagyarázhatatlan azimutális változásai vannak a normál optikai mélységben és szélességben [13] . A lehetséges magyarázat az, hogy a gyűrűnek hullámzó azimutális szerkezete van, amelyet egy kis műhold hozott létre közvetlenül a belsejében [23] . A gyűrű külső széle 23:22 orbitális rezonanciában van Cordeliával [24] .

A δ gyűrű két komponensből áll: keskeny, optikailag sűrű és széles, alacsony optikai mélységgel [13] . A keskeny komponens szélessége 4,1–6,1 km, ekvivalens mélysége 2,2 km, ami körülbelül 0,3–0,6 normál optikai mélységnek felel meg [20] . A széles δ gyűrűkomponens hozzávetőlegesen 10-12 km széles, ekvivalens mélysége pedig közel 0,3 km, ami 3 × 10 -2 normál optikai mélységnek felel meg [20] [25] .

Mindezek az adatok az okkultációk megfigyeléséből származnak, mivel a gyűrű szélessége nem látszik a Voyager 2 felvételein [15] [25] . Amikor a Voyager 2 gyűrűjét előre szórva figyelték meg, viszonylag fényesnek tűnt, ami összhangban van a kozmikus por jelenlétével a széles komponensében [15] . A gyűrű geometriailag széles komponense halványabb, mint a keskeny. Ezt igazolják a Föld gyűrűsík-átlépése során 2007-ben végzett megfigyelések, amikor a δ gyűrű fényessége megnőtt, ami egybeesik egy geometriailag vastag, de optikailag vékony gyűrű viselkedésével [14] .

γ (gamma)

A γ gyűrű keskeny, optikailag sűrű, és kicsi az excentricitása. Pályahajlásszöge közel nulla [19] . A gyűrű szélessége 3,6 és 4,7 km között változik, bár az egyenértékű mélység változatlan és 3,3 km-nek felel meg [20] . Ennek a gyűrűnek a normál optikai mélysége 0,7-0,9. A gyűrűk síkjának metszéspontja során 2007-ben kiderült, hogy a γ gyűrű geometriailag ugyanolyan vékony, mint az ε gyűrű [13] , és gyakorlatilag pormentes [14] . Ennek a gyűrűnek a szélessége és normál optikai mélysége jelentős azimutális eltéréseket jelez [13] . Nem ismert, hogy mi teszi lehetővé, hogy ez a gyűrű ennyire keskeny maradjon, de megfigyelték, hogy a belső széle 6:5 arányban rezonancia Opheliával [24] [26] .

η (ez)

Az η gyűrű excentricitása és dőlésszöge nulla [19] . A δ gyűrűhöz hasonlóan ez is két komponensből áll: egy keskeny optikailag sűrű és egy széles, alacsony optikai mélységű külső részből [15] . A keskeny komponens szélessége 1,9-2,7 km, az egyenértékű mélység pedig körülbelül 0,42 km, ami körülbelül 0,16-0,25 normál optikai mélységnek felel meg [20] . A széles komponens szélessége körülbelül 40 km, az ekvivalens mélysége pedig körülbelül 0,85 km, ami viszont 2⋅10-2 normál optikai mélységet jelez [ 20] .

A gyűrű szélessége a Voyager 2-ről készült fényképeken látható [15] . Előre szórt fényben az η gyűrű fényesnek tűnik, ami azt jelzi, hogy jelentős mennyiségű por van benne, nagy valószínűséggel a széles komponensben [15] . A geometriailag széles alkatrész sokkal vastagabb, mint a keskeny. Ezt megerősítik a 2007-es gyűrűk síkjának Föld keresztezése során végzett megfigyelések, amikor az η gyűrű fényességnövekedést mutatott, és az Uránusz második legfényesebb gyűrűjévé vált [14] . Ez egybeesik egy geometriailag vastag, de optikailag vékony gyűrű viselkedésével [14] . A legtöbb gyűrűhöz hasonlóan az η gyűrű is jelentős azimutális változásokat mutat normál optikai mélységben és szélességben, helyenként olyan keskeny a gyűrű, hogy még "eltűnik" [13] .

α és β (alfa és béta)

α és β a legfényesebb gyűrűk ε után az urán-rendszerben [12] . Az ε gyűrűhöz hasonlóan fényességük és szélességük is különbözik a különböző területeken [12] . Ezeknek a gyűrűknek a legnagyobb a fényessége és szélessége az apocentertől 30°-ban , a legkisebb pedig a periapszistól számított 30°-ban [ 15] [27] . Az α és β gyűrűk jelentős orbitális excentricitással és enyhe dőléssel rendelkeznek [19] . E gyűrűk szélessége 4,8-10 km, illetve 6,1-11,4 km [20] . Az egyenértékű optikai mélység 3,29 és 2,14 km, ami a normál optikai mélységet 0,3-0,7, illetve 0,2-0,35 között jelzi [20] .

Amikor 2007-ben a Föld keresztezte a gyűrűk síkját, ezek a gyűrűk egy időre eltűntek. Ez azt jelenti, hogy az ε gyűrűhöz hasonlóan geometriailag vékonyak és pormentesek [14] . Az átkelés során azonban egy geometriailag vastag, de optikailag vékony porsávot találtak közvetlenül a β gyűrű külső oldalán kívül, amit korábban a Voyager 2 [15] figyelt meg . Az α és β gyűrűk tömegét megközelítőleg 5⋅10 15 kg-ra becsüljük, ami megközelítőleg egyenlő az ε gyűrű tömegének felével [28] .

6., 5. és 4. gyűrű

A 6., 5. és 4. gyűrű a leghalványabb és szinte az Uránuszhoz legközelebb eső gyűrű [12] . Ezeknek a gyűrűknek a dőlésszöge a legnagyobb, és pályaexcentricitásuk a legnagyobb az összes gyűrű közül, kivéve ε [19] . Ezenkívül a dőlésszögük (0,06°, 0,05° és 0,03°) elég nagy volt ahhoz, hogy a Voyager 2 megfigyelhesse az Uránusz egyenlítői síkja feletti magasságukat, amely 24-46 km volt [15] . A 6-os, 5-ös és 4-es gyűrű egyben az Uránusz legkeskenyebb gyűrűje is, becslések szerint 1,6-2,2 km, 1,9-4,9 km, illetve 2,4-4,4 km [15] [20] . Egyenértékű mélységük 0,41 km, 0,91 km és 0,71 km, ami 0,18-0,25, 0,18-0,48 és 0,16-0,3 normál optikai mélységet jelez [20] . Nem voltak láthatóak, amikor a Föld 2007-ben keresztezte a gyűrűk síkját, rendkívül keskenyük és kevés poruk miatt [14] .

Porgyűrűk

λ (lambda)

A λ gyűrű egyike annak a két gyűrűnek, amelyeket a Voyager 2 fedezett fel 1986-ban [19] . Ez egy keskeny és homályos gyűrű, amely az ε gyűrű és „pásztortársa”, Cordelia között helyezkedik el [15] . Visszaszórt fényben vizsgálva a λ gyűrű rendkívül keskeny - körülbelül 1-2 km -, és 2,2 μm hullámhosszon 0,1-0,2 km egyenértékű optikai mélysége [3] . Normál optikai mélysége 0,1-0,2 [15] [25] . A λ gyűrű optikai mélysége erős hullámhosszfüggést mutat, ami nem jellemző az Uránusz gyűrűrendszerére. A spektrum ultraibolya részében az ekvivalens mélység eléri a 0,36 km-t, ami megmagyarázza, hogy ezt csak a Voyager 2 ultraibolya tartományában lévő csillagok okkultációjának megfigyelésekor fedezték fel [25] . A gyűrű észleléséről 2,2 μm hullámhosszú megfigyelések során csak 1996-ban számoltak be [3] .

A λ gyűrű megjelenése drámaian megváltozott a közvetlen szórt fény megfigyelések során 1986-ban [15] . Ezen a helyen az Uráni rendszer legfényesebb objektumaként figyelték meg, még az ε gyűrűt is felülmúlva [10] . Ezek a megfigyelések a hullámhossznak az optikai mélységtől való függésével párosulva azt mutatják, hogy a λ gyűrű jelentős mennyiségű mikrométer méretű port tartalmaz [10] . Ennek a pornak a normál optikai mélysége 10 -4 -10 -3 [12] . A Keck Obszervatórium távcsőjének megfigyelései 2007-ben, amikor a Föld keresztezte az Uráni gyűrűsíkot, megerősítették ezt a feltételezést, mivel a λ gyűrű az Uráni gyűrűrendszer egyik legfényesebb eleme lett [14] .

A Voyager 2 képeinek részletes elemzése lehetővé tette a λ gyűrű fényerejének azimutális változásainak feltárását [12] . A változások időszakosnak tűnnek, állóhullámhoz hasonlítanak . Ennek a figyelemre méltó szerkezetnek az eredete a λ gyűrűben továbbra is ismeretlen [10] .

1986U2R / ζ (zeta)

1986-ban a Voyager 2 felfedezett egy széles, halvány gyűrűt, amely közelebb volt a 6-oshoz [15] . Az 1986U2R ideiglenes elnevezést kapta. Normál optikai mélysége 10–3 vagy kevesebb volt, és rendkívül halvány volt. A Voyager 2 által készített egyetlen képen volt látható [15] . A gyűrű az Uránusz központjától 37 000 és 39 500 km között, vagy 12 000 km-rel a felhőszint felett helyezkedik el [29] . A gyűrűt csak 2003-2004-ben figyelték meg, amikor a Keck Obszervatórium (Hawaii) teleszkópjai ismét széles, halvány gyűrűt fedeztek fel a 6-os gyűrűn belül. A gyűrűt ζ-nek nevezték el [3] . A gyűrű helyzete azonban jelentősen eltért az 1986-ban megfigyelttől. Jelenleg 37 850 és 41 350 km között helyezkedik el a bolygó középpontjától, és fokozatosan gyengülve befelé nyúlik legalább 32 600 km-re [3] . Ezt a gyűrűt ismét csak 2007-ben figyelte meg a Keck Obszervatórium, amikor a Föld átszelte az Uránusz gyűrűinek síkját [14] . Ennek a gyűrűnek az egyenértékű optikai mélysége körülbelül 1 km (0,6 a gyűrű kiterjesztett részére), míg a normál optikai mélység, mint korábban, nem haladja meg a 10-3 értéket [3] .

Az 1986-os és 2003-as ζ gyűrűs megfigyelések közötti különbséget különböző geometriai konfigurációk okozhatják: a visszaszórási geometria 2003-2007-ben és az oldalszórási geometria 1986-ban [3] [14] . Nem kizárt azonban, hogy a por eloszlásában (amelyről azt hiszik, hogy dominál a gyűrűben) ezalatt a 20 év alatt megváltozik [14] .

Egyéb porsávok

Az 1986U2R/ζ és λ gyűrűk mellett a rendszernek nagyon gyenge porsávjai vannak [15] . Okkultáció során nem láthatóak, mert kicsi az optikai mélységük, bár közvetlen szórt fényben meglehetősen világosak [10] . A Voyager 2 előre szórt képei fényes porsávok létezését mutatták a λ és δ gyűrűk között, az η és β gyűrűk között, valamint az α és 4 gyűrűk között [15] . Az 1986-ban megfigyelt porsávok közül sokat 2003-2004-ben ismét megörökítettek a Keck-teleszkópok. 2007-ben a gyűrűk síkjának áthaladásakor is megfigyelték őket visszaszórt fényben, de pontos elhelyezkedésük és fényességük eltért a Voyager 2 [3] [14] megfigyeléseitől . Ezeknek a porsávoknak a normál optikai mélysége körülbelül 10–5 vagy kevesebb. A porrészecskék méreteloszlása ​​exponenciális , p = 2,5 ± 0,5 kitevővel [12] .

Külső gyűrűrendszer

2003-2005-ben A Hubble-teleszkóp egy pár korábban ismeretlen gyűrűt fedezett fel, amelyeket ma az Uránusz gyűrűrendszerének legkülső részének tekintenek, így az ismert gyűrűk száma 13-ra nőtt [8] . Ezt követően ezeket a gyűrűket μ-nek és ν-nek (mu és nu) nevezték el [11] . A μ gyűrű ebben a párban külső. Kétszer olyan messze van a bolygótól, mint a fényes η (eta) gyűrű [8] . A külső gyűrűk sok mindenben különböznek a keskeny belső gyűrűktől. Szélesek, 17000 és 3800 km szélesek, és nagyon halványak. A maximális normál optikai mélység 8,5 × 10 -6 és 5,4 × 10 -6 . Az egyenértékű optikai mélységek 0,14 km és 0,012 km. A gyűrűk sugárirányú fényességprofilja háromszög alakú [8] .

A μ gyűrű csúcsfényességének tartománya gyakorlatilag egybeesik az Uranus - Mab műhold pályájával , amely valószínűleg a gyűrű részecskéinek forrása [8] [30] . A ν gyűrű Portia és Rosalind műholdjai között helyezkedik el, és nem tartalmaz műholdat [8] . A Voyager által készített közvetlen szórt fényképek újraelemzése lehetővé teszi a μ és ν gyűrűk egyértelmű megkülönböztetését. Ebben a geometriában a gyűrűk sokkal fényesebbek, ami magas, mikrométeres nagyságrendű porszemcsék tartalmát jelzi [8] . Az Uránusz külső gyűrűi a Szaturnusz gyűrűrendszerében található G és E gyűrűkre hasonlítanak. A G gyűrűnek nem ismert részecskeforrása, míg az E gyűrű rendkívül széles, és az Enceladus felszínéről származó por tölti fel [8] [30] .

Lehetséges, hogy a μ gyűrű teljes egészében porból áll, nagy részecskék nélkül. Ezt a hipotézist alátámasztják a Keck Obszervatórium megfigyelései, amelyek nem észleltek μ gyűrűt a közeli infravörösben 2,2 μm hullámhosszon, de észleltek egy ν gyűrűt [18] . Sikertelen kísérlet a μ gyűrű észlelésére azt jelenti, hogy az kék. Ez viszont azt jelzi, hogy főleg a legkisebb (szubmikron) porból áll [18] . Lehetséges, hogy a por vízjégből áll [31] . A ν gyűrű ezzel szemben vöröses árnyalatú [18] [32] .

A gyűrűdinamika és eredetük

Fontos és még megoldatlan fizikai probléma a gyűrűk határait tartó mechanizmus talányának megoldása. Ha nem létezne ilyen mechanizmus, akkor ezek a határok fokozatosan elmosódnának, és az Uránusz gyűrűi nem léteztek volna több mint egymillió éve [9] . A visszatartó mechanizmus leggyakrabban idézett modelljét Peter Goldreich és Scott Tremaine [33] javasolta : ez egy pár szomszédos műhold, külső és belső „pásztorok”, amelyek a gravitációs kölcsönhatás révén elveszik a gyűrűből a túlzott mennyiséget vagy hozzáadják. hozzá a hiányzó szögimpulzus (vagy ennek megfelelő energia). A "pásztorok" tehát megtartják a gyűrűket alkotó részecskéket, bár fokozatosan távolodnak tőlük [9] . Ehhez a pásztorműholdak tömegének legalább 2-3-szor kell meghaladnia a gyűrű tömegét. Egy ilyen mechanizmus működik az ε gyűrűnél, amelyről ismert, hogy Cordelia és Ophelia „terelte” [24] . Cordelia a δ gyűrű külső „pásztora”, Ophelia pedig a γ gyűrűjének. Más gyűrűk közelében azonban egyetlen 10 kilométernél nagyobb műholdat sem ismerünk [15] . Cordelia és Ophelia aktuális távolsága az ε gyűrűtől felhasználható a gyűrű korának meghatározására. A számítások azt mutatják, hogy ez a gyűrű nem lehet régebbi 6 × 10 8 évnél [9] [22] .

Mivel az Uránusz gyűrűi valószínűleg fiatalok, folyamatosan pótolni kell őket a nagyobb testek ütközésének töredékeivel [9] . Egyes becslések szerint egy Pak méretű műhold megsemmisülése több milliárd évig is tarthat. Ennek megfelelően egy kisebb műhold sokkal gyorsabban omlik össze [9] . Így lehetséges, hogy az Uránusz összes belső és külső gyűrűje a Pak-nál kisebb műholdak megsemmisülésének terméke az elmúlt négy és fél milliárd év során [22] . Minden ilyen pusztulás ütközések egész sorozatát indítaná el, amelyek szinte minden nagy testet sokkal kisebb részecskékre őrölnek, beleértve a port is [9] . Végső soron a tömeg nagy része elveszne, és a részecskék csak azokon a területeken maradnának életben, ahol pályájukat kölcsönös rezonanciák és "legeltetés" stabilizálja. Egy ilyen "pusztító evolúció" végeredménye egy keskeny gyűrűrendszer lenne, de a gyűrűn belül kis műholdaknak kellett volna fennmaradniuk. Modern becslések szerint a legnagyobb méretük körülbelül 10 kilométer [22] .

A porsávok eredete világosabb. A por élettartama nagyon rövid, száztól ezer évig terjed, és úgy tűnik, folyamatosan újratöltődik a gyűrűkben lévő nagy részecskék, a kis műholdak és a kívülről az Uráni rendszerbe eső meteoroidok ütközései következtében . 10] [22] . A porképző műholdak és részecskék övei kis optikai mélységük miatt láthatatlanok, míg a por jól látható közvetlen szórt fényben [22] . Feltételezhető, hogy a porsávok és a kis műholdak keskeny főgyűrűi és övei részecskeméret-eloszlásban különböznek. A fő gyűrűkben több részecske található, amelyek mérete egy centimétertől egy méterig terjed. Ez az eloszlás növeli a gyűrű anyagának felületét, ami nagy optikai sűrűséget eredményez a visszaszórt fényben [22] . Ezzel szemben a porsávokban a nagy részecskék száma viszonylag kicsi, ami alacsony optikai mélységhez vezet [22] .

A gyűrűk feltárása

Az Uránusz gyűrűit gondosan megvizsgálták a Voyager 2 Uránusz melletti elrepülése során 1986 januárjában [19] . Két új gyűrűt fedeztek fel, a λ-t és az 1986U2R-t, amelyek 11-re növelték az Uránusz ismert gyűrűinek számát. A gyűrűk fizikai tulajdonságait rádió [21] , ultraibolya [25] és optikai bevonatok [13 ] eredményeinek elemzésével tanulmányozták. ] . A Voyager 2 megfigyelte a gyűrűket a Naphoz képest különböző helyzetekben, fényképeket készített előre és hátra szórt fényben [15] . Ezen képek elemzése lehetővé tette a gyűrűs részecskék teljes fázisfüggvényének, geometriai albedójának és Bond-albedójának megállapítását [12] . Két gyűrű - ε és η - képén látható a komplex mikroszerkezetük [15] . A képelemzés az Uránusz 10 belső holdjának felfedezését is lehetővé tette, köztük az ε gyűrű két "pásztorholdját", a Cordeliát és az Opheliát [15] .

Gyűrűk listája

A táblázat az Uránusz gyűrűrendszerének főbb jellemzőit mutatja be.

Jegyzetek

• A közvetlenül (előre) szórt fény az eredeti iránytól 90°-nál kisebb szöggel eltért fény (illetve a fázisszög 90°-nál nagyobb).
• A visszaszórt fény 90°-nál nagyobb szögben eltérített fény (más szóval a forrása felé). A fázisszög kisebb, mint 90°.

1. ↑ A gyűrűsugarak 6,5,4, α, β, η, γ, δ, λ és ε Esposito et al., 2002.
2. ↑ A gyűrűszélességek 6,5,4, α, β, η, γ, δ és ε Karkoshka et al., 2001.
3. ↑ A ζ és 1986U2R gyűrűk sugara és szélessége Pater et al., 2006.
4. ↑ Gyűrűszélesség λ Holberg et al., 1987.
5. ↑ A μ és ν gyűrűk sugarát és szélességét Showalter et al., 2006 állapította meg.
6. ↑ Egy gyűrű ekvivalens mélysége (ED) a normál optikai mélység integrálja a gyűrű sugarán. Más szóval, ED=∫τdr, ahol r a sugár.
7. ↑ Az 1986U2R gyűrű egyenértékű mélysége a szélességének és a normál optikai mélységének a szorzata. A 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ és ε gyűrűk egyenértékű mélységeit Karkoshka et al, 2001.
8. ↑ Az egyenértékű λ és ζ, μ és ν gyűrűmélységeket a de Pater és mtsai, 2006, illetve de Pater et al., 2006b által kapott μEW értékek felhasználásával kapjuk meg.
9. ↑ A μEW értékeket megszoroztuk 20-zal, ami 5%-os gyűrűrészecskék feltételezett albedójának felel meg.
10. ↑ A gyűrű normál optikai mélysége (τ) a gyűrűt alkotó részecskék teljes geometriai keresztmetszete és a gyűrű felületének aránya. Értékeket vehet fel nullától a végtelenig. A gyűrűn áthaladó fénysugár e −τ tényezővel gyengül .
11. ↑ Az 1986U2R, μ és ν kivételével minden gyűrű normál optikai mélységét az egyenértékű mélységek és szélességek arányaként számítottuk ki. Az 1986U2R gyűrű normál optikai mélységét Smith és munkatársai 1986-tól vették.
12. ↑ A gyűrűk normál optikai mélysége μ és ν a maximális értékek Showalter et al., 2006 szerint.
13. ↑ A gyűrűvastagságra vonatkozó becslések Lane et al., 1986.
14. ↑ Az excentricitás és az inklináció Stone, 1986 és French et al., 1989.

1. ↑ Látták az Uránusz gyűrűit az 1700-as években?  (angol) , BBC  (2007. április 19.). Az eredetiből archiválva: 2012. március 15. Letöltve: 2007. április 19.
2. ↑ William Herschel felfedezte az Uránusz gyűrűit a 18. században?  (angol) . Physorg.com (2007). Letöltve: 2007. június 20. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 11..
3. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Imke dePater, Heidi B. Hammel, Seran G. Gibbard, Mark R. Showalter. Az Uránusz új gyűrűi: vörös és kék  (angol)  // Tudomány. - 2006. - Vol. 312 . - P. 92-94 . - doi : 10.1126/tudomány.1125110 .
4. ↑ JL Elliot, E. Dunham, D. Mink. Uránusz gyűrűi  (angol) . Cornell Egyetem (1977). Letöltve: 2007. június 9. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 11..
5. ↑ A Hubble teleszkóp új gyűrűket és holdakat fedez fel az Uránusz közelében  . A Hubble Telescope webhelye (2005). Letöltve: 2007. június 9. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 11..
6. ↑ Robert Sanders. Kék gyűrűt fedeztek fel az  Uránusz közelében . UC Berkeley News (2006. június 6.). Letöltve: 2006. október 3. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 11..
7. ↑ Stephen Battersby. Uránusz kék  jéggyűrűje . New Scientist Space (2006). Letöltve: 2007. június 9. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 11..
8. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Mark R. Showalter, Jack J. Lissauer. Az Uránusz gyűrűinek és műholdjainak másodlagos rendszere: Felfedezés és dinamika  (angol)  // Tudomány. - 2006. - P. 973-977 .
9. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Larry W. Esposito. Bolygógyűrűk  // Jelentések a fizika fejlődéséről. - 2002. - S. 1741-1783 .
10. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Burns, JA (2001), Dust Rings and Circumplanetary Dust: Observations and Physics , Grun, E.; Gustafson, B.A.S.; Dermott, ST; Fechtig H., Interplanetary Dust , Berlin: Springer, pp. 641-725 , < http://www.astro.umd.edu/~hamilton/research/preprints/BurHamSho01.pdf > . Archivált : 2016. június 3. a Wayback Machine -nél 
11. ↑ 1 2 Mark R. Showalter, JJ Lissauer, RG French et al. Az Uránusz külső gyűrűi a Hubble-lencsén keresztül . Amerikai Csillagászati ​​Társaság (2008). Letöltve: 2008. május 30. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 20.. (határozatlan)
12. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M.E. Ockert, Cuzzin, JN; Porco, CC; és Johnson, TV Uranian Ring Photometry: Results from Voyager 2  // J.of Geophys. Res.. - 1987. - S. 14 969-14 978 .
13. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Voyager 2 fotometria: Az urán légkör, holdak és gyűrűk első eredményei   // Tudomány . - 1986. - P. 65-69 .
14. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Imke de Pater, HB Hammel, Mark R. Showalter, Marcos A. Van Dam. Az Uránusz gyűrűinek sötét oldala  (angolul)  // Tudomány . - 2007. - P. 1888-1890 .
15. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 B. A. Smith, LA Soderblom , A. Beebe et al  // Science - 1986. - P. 97-102 . 
16. ↑ 1 2 Erich Karkoshka. Az Uránusz gyűrűi és holdjai: Színes és nem túl sötét  (angol)  // Icarus . - Elsevier , 1997. - P. 348-363 . - doi : 10.1006/icar.1996.5631 .
17. ↑ 1 2 3 4 Kevin H. Baines, Yanamandra-Fisher, Padmavati A., Larry A. Lebofsky és munkatársai: Uráni rendszer a közeli infravörösben   // Ikarusz . - Elsevier , 1998. - P. 266-284 .
18. ↑ 1 2 3 4 5 Imke dePater, Heidi B. Hammel, Seran G. Gibbard, Mark R. Showalter. Az Uránusz új porgyűrűi: egy gyűrű, két gyűrű, piros gyűrű, kék gyűrű   // Tudomány . - 2006. - P. 92-94 .
19. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 E.C. Stone, Miner, ED A Voyager 2 belépett az Uráni rendszerbe  //  Tudomány. - 1986. - P. 39-43 .
20. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Erich Karkoshka. Az epsilon gyűrű fotometriai modellezése az urán gyűrűrendszerből  (angol)  // Icarus . - Elsevier , 2001. - P. 78-83 .
21. ↑ 1 2 3 J. L. Tyle, Sweetnam, D. N.; Anderson, JD; et al. Az Uráni rendszer rádiós megfigyelései: légkör, műholdak és gyűrűk   // Tudomány . - 1986. - P. 79-84 .
22. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 L. W. Esposito, Colwell, Joshua E. Uráni gyűrűk és porcsoportok kialakulása   // Természet . - 1989. - P. 605-607 .
23. ↑ L. J. Horn, A. L. Lane, P. A. Yanamandra-Fisher; LW Esposito. Az Uránusz δ gyűrűjének fizikai jellemzői egy lehetséges sűrűséghullám alapján  (angol)  // Icarus . - Elsevier , 1988. - P. 485-492 .
24. ↑ 1 2 3 "Legelés" és az Uránuszgyűrűk mozgása  (angol)  // The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 1987. - P. 724-778 .
25. ↑ 1 2 3 4 5 6 J. B. Holberg, Nicholson, P.D.; francia, R.G.; Elliot, JL Uráni Gyűrű Csillagok okkultációi és a Voyager UVS-eredményeinek és Földi adatbázisokból származó eredményeinek összehasonlítása  //  The Astronomical Journal . - IOP Publishing , 1987. - P. 178-188 .
26. ↑ 1 2 Richard D. French, Elliot, JL; French, Linda M. et al. Földi megfigyelések az Uránusz gyűrűinek pályájáról és az okkultációk megfigyelései a Voyagerből  (angolul)  // Icarus . - Elsevier , 1988. - P. 349-478 .
27. ↑ S. G. Gibbard, I. De Pater, H. B. Hammel. Képek az Uránusz gyűrűiről és műholdjairól a közeli infravörös spektrumban  (angol)  // Icarus . - Elsevier , 2005. - P. 253-262 .
28. ↑ Eugene I. Chiang, Christopher J. Culter. Keskeny bolygógyűrűk 3D dinamikája  //  The Astrophysical Journal . - IOP Publishing , 2003. - P. 675-685 .
29. ↑ Imke de Pater, Seran G. Gibbard, Hammel H. B. Lebofsky. Az Uránusz porgyűrűinek fejlődése  (angolul)  // Icarus . - Elsevier , 2006. - P. 186-200 .
30. ↑ 1 2 A Hubble teleszkóp új gyűrűket és műholdakat fedezett fel az Uránusz közelében . Hubblesite (2005). Letöltve: 2007. június 9. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 11.. (határozatlan)
31. ↑ Stephen Battersby. Az Uránusz kék vizű jéggyűrűje . New Scientist Space (2006). Letöltve: 2007. június 9. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 11.. (határozatlan)
32. ↑ Robert Sanders. Az Uránusznak kék gyűrűje van . UC Berkeley News (2006. április 6.). Letöltve: 2006. október 3. Az eredetiből archiválva : 2011. augusztus 11.. (határozatlan)
33. ↑ Peter Goldreich , Scott Tremaine. Az Uránusz gyűrűinek elméletével kapcsolatban  (angolul)  // Természet . - Nature Publishing Group, 1979. - Vol. 277 . - 97-99 . o . - doi : 10.1038/277097a0 .

Linkek

• Az Uránusz gyűrűi a solarsystem.nasa.gov oldalon 

Naprendszer
Központi csillag és bolygók	Nap Higany Vénusz föld Mars Jupiter Szaturnusz Uránusz Neptun
törpebolygók	Ceres Plútó Haumea Makemake Eris Jelöltek Sedna Orc Quaoar Gun-gun 2002 MS 4
Nagy műholdak	Ganymedes Titán Callisto És róla Hold Európa Triton Titánia Rhea Oberon Iapetus Charon Ariel Umbriel Dione Tethys Enceladus Miranda Proteus Mimas Sellő
Műholdak / gyűrűk	Föld / ∅ Mars Jupiter / ∅ Szaturnusz / ∅ Uránusz / ∅ Neptunusz / ∅ Plútó / ∅ Haumea Makemake Eris Jelöltek kardszárnyú delfin quawara
Elsőként felfedezett aszteroidák	(1) Ceres (2) Pallas (3) Juno (4) Vesta (5) Astrea (6) Hebe (7) Irida (8) Flóra (9) Metis (10) Hygiea (11) Parthenope
Kis testek	meteoroidok aszteroidák / műholdaik földközeli fő öv trójai kentaurok transzneptunikus Kuiper öv plutino cubewano szétszórt lemez damokloidok üstökösök Oort felhő
mesterséges tárgyak	mesterséges földi műholdak bolygóközi űrhajó
Hipotetikus tárgyak	Vulkánok és vulkanoidok a Merkúr műhold a Vénusz műholdait a Föld többi műholdja ellenföld Kilences bolygó , Tyche , X bolygó és más transz-Neptunusz bolygók Végzet Korábbi bolygók: Theia , Phaeton vagy Planet V Ötödik gázóriás
A Naprendszer objektumainak listája Csillagászati ​​objektumok

Uránusz
Az Uránusz holdjai	Ariel Belinda Bianka Desdemona Juliet Caliban Cordelia Cressida Ámor Mab margarita Miranda Oberon Ophelia Csomag Perdita Egy adag Prospero Rosalind Setebos Sycorax Stefano Titánia Trinculo Umbriel Ferdinánd francisco
Jellemzők	Uránusz gyűrűi
Nyítás	William Herschel William Lassell
Kutatás	Voyager program Voyager 2
Uránusz trójaiak	2011 QF99
Egyéb	15 Orion Uránusz a kultúrában