Uránusz gyűrűi - Rings of Uranus

Az Uránusz gyűrű-hold rendszerének vázlata. A folytonos vonalak gyűrűket jelölnek; szaggatott vonalak a holdak keringését jelölik.

Az Uránusz gyűrűi összetettségükben közepesen összetettek a Szaturnusz körüli kiterjedtebb halmaz és a Jupiter és Neptunusz körüli egyszerűbb rendszerek között . A gyűrűk a Uranus fedezték március 10-én, 1977, a James L. Elliot , Edward W. Dunham és Jessica Mink . William Herschel 1789-ben gyűrűk megfigyeléséről is beszámolt; A modern csillagászok megosztottak abban, hogy láthatta-e őket, mivel nagyon sötétek és halványak.

1977-re kilenc különálló gyűrűt azonosítottak. Két további gyűrűt fedeztek fel 1986-ban a Voyager 2 űrszonda által készített felvételeken , két külső gyűrűt pedig 2003–2005-ben a Hubble Űrteleszkóp fotóin. A bolygótól való távolság növekedésének sorrendjében a 13 ismert gyűrűt 1986U2R/ ζ , 6, 5, 4, α , β , η , γ , δ , λ , ε , ν és μ jelekkel jelöltük . Sugárjuk az 1986U2R/ζ gyűrű körülbelül 38 000 km-től a μ gyűrű körülbelül 98 000 km-ig terjed. További halvány porsávok és hiányos ívek lehetnek a főgyűrűk között. A gyűrűk rendkívül sötétek – a gyűrűk részecskéinek Bond-albedója nem haladja meg a 2%-ot. Valószínűleg vízjégből állnak, néhány sötét sugárzással feldolgozott szerves anyag hozzáadásával .

Az Uránusz gyűrűinek többsége átlátszatlan és csak néhány kilométer széles. A gyűrűrendszer összességében kevés port tartalmaz; többnyire 20–20 m átmérőjű nagy testekből áll. Egyes gyűrűk optikailag vékonyak: a széles és halvány 1986U2R/ζ, μ és ν gyűrűk apró porszemcsékből állnak, míg a keskeny és halvány λ gyűrű nagyobb testeket is tartalmaz. A por viszonylagos hiánya a gyűrűrendszerben a kiterjesztett urán exoszférából eredő aerodinamikai ellenállás következménye lehet .

Úgy gondolják, hogy az Uránusz gyűrűi viszonylag fiatalok, és nem haladják meg a 600 millió éves kort. Az urán gyűrűrendszer valószínűleg több, a bolygó körül valaha létezett hold ütközési töredezettségéből származik. Az ütközés után a holdak valószínűleg sok részecskére bomlottak fel, amelyek keskeny és optikailag sűrű gyűrűkként csak szigorúan behatárolt, maximális stabilitású zónákban maradtak fenn.

A keskeny gyűrűket korlátozó mechanizmus nem teljesen ismert. Kezdetben azt feltételezték, hogy minden keskeny gyűrűnek van egy-egy pásztorholdapár a közelben , amelyek formába zárják. 1986-ban a „Voyager 2” csak egy ilyen pásztorpárt ( Cordelia és Ophelia ) fedezett fel a legfényesebb gyűrű (ε) körül, bár a halvány ν-t később Portia és Rosalind között pásztorolva fedezték fel .

Felfedezés

Az urán gyűrűrendszer első említése William Herschel 18. századi Uránusz megfigyeléseit részletező feljegyzéseiből származik, amelyek a következő részt tartalmazzák: "1789. február 22.: Gyűrűt gyanítottak". Herschel rajzolt egy kis ábrát a gyűrűről, és megjegyezte, hogy "kicsit a piros felé hajlik". A hawaii Keck teleszkóp azóta megerősítette, hogy ez a helyzet, legalábbis a ν gyűrű esetében. Herschel feljegyzéseit 1797- ben publikálták a Royal Society folyóiratban. Az 1797 és 1977 közötti két évszázadban a gyűrűket ritkán, ha egyáltalán említik. Ez komoly kétségbe vonja, hogy Herschel láthatott-e bármit, miközben több száz csillagász nem látott semmit. Azt állították, hogy Herschel pontos leírást adott az ε gyűrű Uránuszhoz viszonyított méretéről, változásairól, ahogy az Uránusz körbejárta a Napot, és színét.

Az Uráni gyűrűk végleges felfedezését James L. Elliot , Edward W. Dunham és Jessica Mink csillagászok tették 1977. március 10-én a Kuiper Airborne Observatory segítségével , és serényen . Azt tervezték, hogy a SAO 158687 csillag Uránusz általi okkultációját használják fel a bolygó légkörének tanulmányozására . Megfigyeléseik elemzésekor azt találták, hogy a csillag ötször tűnt el rövid időre a látótérből, a bolygó elhomályosítása előtt és után is. Arra a következtetésre jutottak, hogy keskeny gyűrűk rendszere van jelen. Az általuk megfigyelt öt okkultációs eseményt irataikban görög α, β, γ, δ és ε betűkkel jelölték. Ezeket az elnevezéseket azóta is használják a gyűrűk neveként. Később négy további gyűrűt találtak: egyet a β és γ gyűrűk között és hármat az α gyűrűn belül. Előbbit η gyűrűnek nevezték el. Utóbbiakat 4-es, 5-ös és 6-os gyűrűnek nevezték el – az okkultációs események számozása szerint egy lapban. Az Uránusz gyűrűrendszere volt a második, amelyet a Naprendszerben fedeztek fel, a Szaturnusz után .

A gyűrűk közvetlenül akkor készültek, amikor a Voyager 2 űrszonda 1986-ban átrepült az Uráni rendszeren. Még két halvány gyűrűt fedeztek fel, így az összesen tizenegy. A Hubble Űrteleszkóp további, korábban nem látott gyűrűpárt észlelt 2003 és 2005 között, így a teljes ismert szám 13-ra nőtt. E külső gyűrűk felfedezése megkétszerezte a gyűrűrendszer ismert sugarát. A Hubble először készített két kis műholdat is, amelyek közül az egyik, a Mab , a legkülső, újonnan felfedezett μ gyűrűvel osztja meg pályáját.

Általános tulajdonságok

Uránusz belső gyűrűi. A fényes külső gyűrű az epszilongyűrű; nyolc másik gyűrű látható.

Jelenlegi ismereteink szerint az Uránusz gyűrűrendszere tizenhárom különálló gyűrűből áll. A bolygótól való távolság növekedésének sorrendjében ezek a következők: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, μ gyűrűk. Három csoportba oszthatók: kilenc keskeny főgyűrű (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), két poros gyűrű (1986U2R/ζ, λ) és két külső gyűrű (ν, μ). ). Az Uránusz gyűrűi főként makroszkopikus részecskékből és kevés porból állnak , bár ismert, hogy az 1986U2R/ζ, η, δ, λ, ν és μ gyűrűkben por található. Ezeken a jól ismert gyűrűkön kívül számos optikailag vékony porsáv és halvány gyűrű is lehet köztük. Ezek a halvány gyűrűk és porsávok csak ideiglenesen létezhetnek, vagy több különálló ívből állnak, amelyeket néha az okkultáció során észlelnek . Néhányuk láthatóvá vált egy sor gyűrűs síkátlépés során 2007-ben. A gyűrűk között számos porsávot figyeltek meg a Voyager 2 előreszóródási geometriájában . Az Uránusz minden gyűrűje azimutális fényerő változást mutat.

A gyűrűk rendkívül sötét anyagból készültek. A gyűrűs részecskék geometriai albedója nem haladja meg az 5-6%-ot, míg a Bond-albedó még ennél is alacsonyabb - körülbelül 2%. A gyűrűs részecskék meredek ellentétes hullámot mutatnak – az albedó növekedését, ha a fázisszög közel nulla. Ez azt jelenti, hogy az albedójuk sokkal alacsonyabb, ha kissé eltérnek az ellentéttől. A gyűrűk enyhén vörösek a spektrum ultraibolya és látható részein, és szürkék a közeli infravörösben . Nem mutatnak azonosítható spektrális jellemzőket . A gyűrűrészecskék kémiai összetétele nem ismert. Nem készíthetők tiszta vízjégből, mint a Szaturnusz gyűrűi, mert túl sötétek, sötétebbek, mint az Uránusz belső holdjai . Ez arra utal, hogy valószínűleg a jég és egy sötét anyag keverékéből állnak. Ennek az anyagnak a természete nem tisztázott, de lehetnek olyan szerves vegyületek, amelyeket az urán magnetoszférából származó töltött részecskék besugárzása jelentősen elsötétített . A gyűrűk részecskéi erősen feldolgozott anyagból állhatnak, amely kezdetben hasonló volt a belső holdakéhoz.

Összességében az Uránusz gyűrűrendszere nem hasonlít sem a Jupiter halvány poros gyűrűihez, sem a Szaturnusz széles és összetett gyűrűihez , amelyek közül néhány nagyon fényes anyagból – vízjégből – áll. Ez utóbbi gyűrűrendszer egyes részeivel van hasonlóság; a Szaturnuszi F gyűrű és az Uráni ε gyűrű egyaránt keskeny, viszonylag sötét, és egy holdpár pásztorolja őket. Az Uránusz újonnan felfedezett külső ν és μ gyűrűi hasonlóak a Szaturnusz külső G és E gyűrűihez . A széles szaturnuszi gyűrűkben létező keskeny gyűrűk az Uránusz keskeny gyűrűire is hasonlítanak. Ezenkívül az Uránusz fő gyűrűi között megfigyelt porsávok hasonlóak lehetnek a Jupiter gyűrűihez. Ezzel szemben a Neptunusz gyűrűrendszere meglehetősen hasonlít az Uránuszhoz, bár kevésbé összetett, sötétebb és több port tartalmaz; a Neptunusz gyűrűi is távolabb helyezkednek el a bolygótól.

Keskeny főgyűrűk

ε gyűrű

Közeli kép az Uránusz ε gyűrűjéről

Az ε gyűrű az urán gyűrűrendszer legfényesebb és legsűrűbb része, és a gyűrűk által visszavert fény körülbelül kétharmadáért felelős. Bár ez a leginkább excentrikus a urániai gyűrűk, azt elhanyagolható orbitális hajlam . A gyűrű excentricitása miatt a fényereje keringése során változik. A sugárirányban integrált fényessége ε gyűrű legmagasabb közelében apoapsis és a legalacsonyabb közelében periapsis . A maximális/minimális fényerőarány körülbelül 2,5–3,0. Ezek az eltérések a gyűrűszélesség változásaihoz kapcsolódnak, amely periapsisban 19,7 km, apoapsisban 96,4 km. Ahogy a gyűrű szélesebbé válik, a részecskék közötti árnyékolás mértéke csökken, és egyre több kerül belőlük láthatóvá, ami nagyobb integrált fényerőt eredményez. A szélességi eltéréseket közvetlenül a Voyager 2 képeiből mértük , mivel az ε gyűrű egyike volt annak a két gyűrűnek, amelyet a Voyager kamerái oldottak fel. Az ilyen viselkedés azt jelzi, hogy a gyűrű optikailag nem vékony. Valójában a földről és az űrhajóról végzett okkultációs megfigyelések azt mutatták, hogy normál optikai mélysége 0,5 és 2,5 között változik, és a periapszis közelében a legmagasabb. Az ε gyűrű egyenértékű mélysége körülbelül 47 km, és invariáns a pálya körül.

Közeli kép az Uránusz δ, γ, η, β és α gyűrűiről (fentről lefelé). A felbontott η gyűrű az optikailag vékony, széles komponenst mutatja.

Az ε gyűrű geometriai vastagsága nem ismert pontosan, bár a gyűrű minden bizonnyal nagyon vékony – egyes becslések szerint akár 150 m vékony is. Az ilyen végtelenül kicsi vastagsága ellenére több réteg részecskékből áll. Az ε gyűrű meglehetősen zsúfolt hely, amelynek kitöltési tényezője az apoapszis közelében van, amelyet különböző források 0,008-0,06-ra becsülnek. A gyűrűs részecskék átlagos mérete 0,2-20,0 m, az átlagos szétválás pedig körülbelül 4,5-szerese a sugaruknak. A gyűrű szinte mentes a portól , valószínűleg az Uránusz kiterjesztett légköri koronájából eredő aerodinamikai ellenállás miatt. Borotvavékonyságának köszönhetően az ε gyűrű élről nézve láthatatlan. Ez 2007-ben történt, amikor egy gyűrűs repülőátkelőt figyeltek meg.

A Voyager 2 űrszonda a rádióokkultációs kísérlet során furcsa jelet figyelt meg az ε gyűrűből . A jel volt, mint egy erős fokozásához előre szórás a hullámhossz 3,6 cm közel gyűrű apoapsis. Az ilyen erős szóráshoz koherens szerkezet szükséges. Azt, hogy az ε gyűrűnek ilyen finom szerkezete van, számos okkultációs megfigyelés igazolta. Úgy tűnik, hogy az ε gyűrű számos keskeny és optikailag sűrű gyűrűből áll, amelyek közül néhánynak hiányos ívei lehetnek.

Az ε gyűrűről ismert, hogy belső és külső pásztorholdjai vannak – Cordelia és Ophelia . A gyűrű belső széle 24:25 rezonanciában Cordeliával, a külső él pedig 14:13 rezonanciában Opheliával. A holdak tömegének legalább háromszorosának kell lennie a gyűrű tömegének ahhoz, hogy hatékonyan korlátozza azt. Az ε gyűrű tömegét körülbelül 10 ¹⁶  kg-ra becsülik .

δ gyűrű

Az urán gyűrűk összehasonlítása előre és hátra szórt fényben (a Voyager 2 által 1986-ban készített képek )

A δ gyűrű kör alakú és enyhén ferde. Jelentős megmagyarázhatatlan azimutális eltéréseket mutat a normál optikai mélységben és szélességben. Az egyik lehetséges magyarázat az, hogy a gyűrűnek azimutális hullámszerű szerkezete van, amelyet egy kis hold gerjeszt, amely közvetlenül a belsejében van. A δ gyűrű éles külső széle 23:22 rezonanciában van Cordeliával. A δ gyűrű két összetevőből áll: egy keskeny optikailag sűrű komponensből és egy széles, befelé tartó vállból, alacsony optikai mélységgel. A keskeny komponens szélessége 4,1–6,1 km, az egyenértékű mélység pedig körülbelül 2,2 km, ami körülbelül 0,3–0,6 normál optikai mélységnek felel meg. A gyűrű széles komponens mintegy 10-12 km széles és az ezzel egyenértékű mélysége közel van 0,3 km, jelezve alacsony rendes optikai mélysége 3 × 10 ^-2 . Ez csak az okkultációs adatokból ismert, mivel a Voyager 2 képalkotó kísérlete nem tudta feloldani a δ gyűrűt. A Voyager 2 előreszórás geometriájában megfigyelve a δ gyűrű viszonylag fényesnek tűnt, ami kompatibilis a széles komponensében lévő por jelenlétével. A széles komponens geometriailag vastagabb, mint a keskeny. Ezt támasztják alá a 2007-es gyűrűsík keresztezési esemény megfigyelései, amikor a δ gyűrű látható maradt, ami összhangban van egy geometriailag vastag és optikailag vékony gyűrű viselkedésével.

γ gyűrű

A γ gyűrű keskeny, optikailag sűrű és enyhén excentrikus. Pályahajlásszöge közel nulla. A gyűrű szélessége 3,6-4,7 km tartományban változik, bár az egyenértékű optikai mélység állandó 3,3 km. A γ gyűrű normál optikai mélysége 0,7-0,9. Egy 2007-es gyűrűsík-átkelés során a γ gyűrű eltűnt, ami azt jelenti, hogy geometriailag vékony, mint az ε gyűrű, és pormentes. A γ gyűrű szélessége és normál optikai mélysége jelentős azimutális eltéréseket mutat. Egy ilyen keskeny gyűrű bezárásának mechanizmusa nem ismert, de észrevették, hogy a γ gyűrű éles belső széle 6:5 rezonanciában van az Opheliával.

η gyűrű

Az η gyűrű nulla orbitális excentricitással és inklinenciával rendelkezik. A δ gyűrűhöz hasonlóan ez is két komponensből áll: egy keskeny optikailag sűrű komponensből és egy széles, külső vállból, alacsony optikai mélységgel. A keskeny komponens szélessége 1,9–2,7 km, az egyenértékű mélység pedig körülbelül 0,42 km, ami megfelel a körülbelül 0,16–0,25-ös normál optikai mélységnek. A széles komponens körülbelül 40 km széles, egyenértékű mélysége pedig közel 0,85 km, ami alacsony, 2 × 10 ^-2 normál optikai mélységet jelez . A Voyager 2 képeiben oldották meg . Előre szórt fényben az η gyűrű fényesnek tűnt, ami jelentős mennyiségű por jelenlétét jelezte ebben a gyűrűben, valószínűleg a széles komponensben. A széles alkatrész sokkal vastagabb (geometriailag), mint a keskeny. Ezt a következtetést alátámasztják egy 2007-es gyűrűsík-átkelő esemény megfigyelései, amikor az η gyűrű megnövekedett fényességet mutatott, és a gyűrűrendszer második legfényesebb jellemzőjévé vált. Ez összhangban van egy geometriailag vastag, de egyben optikailag vékony gyűrű viselkedésével. A többi gyűrűhöz hasonlóan az η gyűrű is jelentős azimutális eltéréseket mutat a normál optikai mélységben és szélességben. A keskeny alkatrész néhol el is tűnik.

α és β gyűrűk

Az ε gyűrű után az α és β gyűrű a legfényesebb az Uránusz gyűrűi közül. Az ε gyűrűhöz hasonlóan fényességük és szélességük szabályos eltéréseket mutatnak. Ezek legfényesebb és legszélesebb 30 ° a apoapsis és leghalványabbak és legkeskenyebb 30 ° a periapsis . Az α és β gyűrűk orbitális excentricitása és dőlésszöge nem elhanyagolható. E gyűrűk szélessége 4,8–10 km, illetve 6,1–11,4 km. Az egyenértékű optikai mélység 3,29 km és 2,14 km, ami a normál optikai mélységet 0,3–0,7, illetve 0,2–0,35 között eredményezi. Egy 2007-es gyűrűs síkátlépés során a gyűrűk eltűntek, ami azt jelenti, hogy geometriailag vékonyak, mint az ε gyűrű, és pormentesek. Ugyanez az esemény egy vastag és optikailag vékony porsávot tárt fel közvetlenül a β gyűrűn kívül, amit korábban a Voyager 2 is megfigyelt . Az α és β gyűrűk tömege a becslések szerint körülbelül 5 × 10 ¹⁵  kg (mindegyik) – az ε gyűrű tömegének fele.

6., 5. és 4. gyűrű

A 6-os, 5-ös és 4-es gyűrű az Uránusz keskeny gyűrűi közül a legbelső és leghalványabb. Ezek a legferdebb gyűrűk, és orbitális excentricitásuk a legnagyobb, az ε gyűrűt leszámítva. Valójában a dőlésszögük (0,06°, 0,05° és 0,03°) elég nagy volt ahhoz, hogy a Voyager 2 megfigyelhesse az urán egyenlítői síkja feletti magasságukat, amely 24–46 km volt. A 6-os, 5-ös és 4-es gyűrű egyben az Uránusz legkeskenyebb gyűrűje is, méretei 1,6-2,2 km, 1,9-4,9 km és 2,4-4,4 km szélesek. Egyenértékű mélységük 0,41 km, 0,91 és 0,71 km, így a normál optikai mélység 0,18-0,25, 0,18-0,48 és 0,16-0,3. Szűkségük és pormentességük miatt 2007-ben egy körgyűrű átkelés során nem voltak láthatóak.

Poros gyűrűk

λ gyűrű

Hosszú expozíciós, nagy fázisszögű (172,5°) Voyager 2 kép az Uránusz belső gyűrűiről. Az előre szórt fény, por sávok nem látható egyéb képek láthatók, valamint az elismert gyűrű.

A λ gyűrű egyike volt annak a két gyűrűnek, amelyet a Voyager 2 fedezett fel 1986-ban. Ez egy keskeny, halvány gyűrű, amely közvetlenül az ε gyűrűn belül helyezkedik el, a Cordelia pásztorhold között . Ez a hold egy sötét sávot szabadít fel közvetlenül a λ gyűrűn belül. Nézve vissza-szórt fény, a λ gyűrű rendkívül szűk-mintegy 1-2 km-, és az egyenértékű optikai mélység 0,1-0,2 km-nél a hullámhossz 2.2 um. A normál optikai mélység 0,1-0,2. A λ gyűrű optikai mélysége erős hullámhossz-függést mutat, ami atipikus az urán gyűrűrendszerre. Az ekvivalens mélység akár 0,36 km is a spektrum ultraibolya részében, ami megmagyarázza, hogy a λ gyűrűt kezdetben csak UV-csillagok okkultációiban észlelte a Voyager 2 . A 2,2 μm hullámhosszú csillagokkultáció során történő észlelést csak 1996-ban jelentették be.

A λ gyűrű megjelenése drámaian megváltozott, amikor 1986-ban előre szórt fényben észlelték. Ebben a geometriában a gyűrű lett az urán gyűrűrendszer legfényesebb jellemzője, felülmúlva az ε gyűrűt. Ez a megfigyelés az optikai mélység hullámhossz-függésével együtt azt jelzi, hogy a λ gyűrű jelentős mennyiségű mikrométer méretű port tartalmaz. A szokásos optikai mélysége Ez a por a 10 ^-4 -10 ^-3 . A Keck-teleszkóp 2007-es megfigyelései a gyűrűsík -átkelés során megerősítették ezt a következtetést, mivel a λ gyűrű az urán gyűrűrendszer egyik legfényesebb elemévé vált.

A Voyager 2 képeinek részletes elemzése a λ gyűrű fényerejének azimutális változásait tárta fel. A variációk periodikusnak tűnnek, állóhullámhoz hasonlítanak . A λ gyűrűben lévő finom szerkezet eredete továbbra is rejtély marad.

1986U2R/ζ gyűrű

Az 1986U2R gyűrű felfedezési képe

1986-ban a Voyager 2 széles és halvány anyaglapot észlelt a 6-os gyűrű belsejében. Ez a gyűrű az 1986U2R ideiglenes elnevezést kapta. Normál optikai mélysége ^10–3 vagy kevesebb volt, és rendkívül halvány volt. Csak egyetlen Voyager 2 képen volt látható . A gyűrű az Uránusz központjától 37 000 és 39 500 km között, vagy csak körülbelül 12 000 km-re a felhők felett helyezkedett el. Ezt csak 2003–2004-ig figyelték meg, amikor a Keck-teleszkóp egy széles és halvány anyaglapot talált közvetlenül a 6-os gyűrűn belül. Ezt a gyűrűt ζ-gyűrűnek nevezték el. A visszanyert ζ gyűrű helyzete jelentősen eltér az 1986-ban megfigyelttől. Jelenleg 37 850 és 41 350 km között helyezkedik el a bolygó középpontjától. Az Uránusz atmoszférájáig befelé fokozatosan halványuló kiterjedés mutatkozik, amely legalább 32 600 km-t, de akár 27 000 km-t is elér. Ezeket a kiterjesztéseket ζ _c és ζ _cc gyűrűként jelöljük .

A ζ gyűrűt 2007-ben ismét megfigyelték a gyűrűsík-átkelés során, amikor a gyűrűrendszer legfényesebb jellemzőjévé vált, felülmúlva az összes többi gyűrűt együttvéve. Ennek a gyűrűnek az egyenértékű optikai mélysége megközelíti az 1 km-t (0,6 km a befelé irányuló kiterjedésnél), míg a normál optikai mélység ismét kisebb, mint ^10-3 . Az 1986U2R és a ζ gyűrűk meglehetősen eltérő megjelenését a különböző látási geometriák okozhatják: visszaszórási geometria 2003–2007-ben és oldalszórás geometriája 1986-ban. a ringben, nem zárható ki.

Egyéb porszalagok

Az 1986U2R/ζ és λ gyűrűkön kívül más rendkívül halvány porsávok is találhatók az urán gyűrűrendszerben. Okkultáció alatt láthatatlanok, mert elhanyagolható optikai mélységük van, bár előre szórt fényben világosak. A Voyager 2 előre szórt fényről készített felvételei fényes porsávok létezését mutatták ki a λ és δ gyűrűk, az η és β gyűrűk, valamint az α és a 4 gyűrű között. E sávok közül sokat 2003-ban ismét észleltek. 2004-ben a Keck-teleszkóp és a 2007-es gyűrűsík keresztezési esemény során visszaszórt fényben, de ezek pontos elhelyezkedése és relatív fényereje eltér a Voyager- megfigyelésektől. A porsávok normál optikai mélysége körülbelül ^10–5 vagy kevesebb. A porrészecskeméret-eloszlásról úgy gondolják, hogy megfelel egy hatványtörvénynek , amelynek indexe p  = 2,5 ± 0,5.

A különálló porsávok mellett az urángyűrűk rendszere széles és halvány porrétegbe merül, amelynek normál optikai mélysége nem haladja meg a ^10-3-at .

Külső gyűrűrendszer

Az Uránusz μ és ν gyűrűi (R/2003 U1 és U2) a Hubble Űrteleszkóp felvételein 2005-ből

2003–2005-ben a Hubble Űrteleszkóp egy pár korábban ismeretlen gyűrűt észlelt, amelyet ma külső gyűrűrendszernek neveznek, így az ismert urángyűrűk száma 13-ra nőtt. Ezeket a gyűrűket később μ és ν gyűrűknek nevezték el. A μ gyűrű a pár legkülső része, és kétszer olyan távolságra van a bolygótól, mint a fényes η gyűrű. A külső gyűrűk számos tekintetben különböznek a belső keskeny gyűrűktől. Szélesek, 17 000, illetve 3800 km szélesek, és nagyon halványak. Normál optikai mélységük csúcsa 8,5 × 10 ^-6 és 5,4 × 10 ^-6 . Az így kapott egyenértékű optikai mélység 0,14 km és 0,012 km. A gyűrűk háromszög alakú, radiális fényességprofillal rendelkeznek.

A μ-gyűrű csúcsfényessége szinte pontosan a Mab urán-hold pályáján található , amely valószínűleg a gyűrű részecskéinek forrása. A ν gyűrű Portia és Rosalind között helyezkedik el, és nem tartalmaz holdat. A Voyager 2 előre szórt fény képeinek újraelemzése egyértelműen feltárja a μ és ν gyűrűket. Ebben a geometriában a gyűrűk sokkal fényesebbek, ami azt jelzi, hogy sok mikrométernyi port tartalmaznak. Az Uránusz külső gyűrűi hasonlóak lehetnek a Szaturnusz G és E gyűrűihez, mivel az E gyűrű rendkívül széles, és port kap az Enceladustól .

A μ gyűrű teljes egészében porból állhat, nagy részecskék nélkül. Ezt a hipotézist alátámasztják a Keck teleszkóp által végzett megfigyelések, amelyek nem észlelték a μ gyűrűt a közeli infravörösben 2,2 μm-nél, de a ν gyűrűt észlelték. Ez a hiba azt jelenti, hogy a μ gyűrű kék ​​színű, ami viszont azt jelzi, hogy nagyon kicsi (szubmikrométeres) por van túlsúlyban benne. A por vízjégből készülhet. Ezzel szemben a ν gyűrű enyhén vörös színű.

Dinamika és eredet

A továbbfejlesztett színű sematikus, a belső gyűrű származó Voyager-2 képek

A keskeny urángyűrűket irányító fizikával kapcsolatban kiemelkedő probléma a bezártságuk. Valamilyen mechanizmus nélkül, amely a részecskéket összetartaná, a gyűrűk gyorsan sugárirányban szétterülnének. Az urángyűrűk élettartama ilyen mechanizmus nélkül nem haladhatja meg az 1 millió évet. Az ilyen bezártság legszélesebb körben hivatkozott modellje, amelyet eredetileg Goldreich és Tremaine javasolt , az, hogy egy közeli holdpár, a külső és belső pásztorok gravitációs kölcsönhatásba lépnek egy gyűrűvel, és úgy viselkednek, mint a túlzott és elégtelen szögimpulzus. vagy ezzel egyenértékű energia). A pásztorok így a gyűrűrészecskéket a helyükön tartják, de maguk fokozatosan eltávolodnak a gyűrűtől. A hatásosság érdekében a pásztorok tömegének legalább kétszeresével-háromszorosan meg kell haladnia a gyűrű tömegét. Ismeretes, hogy ez a mechanizmus működik az ε gyűrű esetében, ahol Cordelia és Ophelia pásztorként szolgál. Cordelia a δ gyűrű külső pásztora is, Ophelia pedig a γ gyűrű külső pásztora. Más gyűrűk közelében 10 km-nél nagyobb holdat nem ismerünk. Cordelia és Ophelia jelenlegi távolsága az ε gyűrűtől felhasználható a gyűrű korának becslésére. A számítások azt mutatják, hogy az ε gyűrű nem lehet idősebb 600 millió évnél.

Mivel az Uránusz gyűrűi fiatalnak tűnnek, folyamatosan meg kell újulniuk a nagyobb testek ütközési töredezettségével. A becslések azt mutatják, hogy az élettartam ellen ütközéses zavar a hold a mérete, mint hogy a Puck egy pár milliárd év. Egy kisebb műhold élettartama sokkal rövidebb. Ezért az összes jelenlegi belső hold és gyűrű több Puck méretű műhold megzavarásának terméke lehet az elmúlt négy és fél milliárd év során. Minden ilyen megszakítás egy ütközési kaszkádot indított volna el, amely gyorsan az összes nagy testet sokkal kisebb részecskékre őrölte, beleértve a port is. Végül a tömeg nagy része elveszett, és a részecskék csak a kölcsönös rezonanciák és a pásztorkodás által stabilizált pozíciókban maradtak fenn. Egy ilyen bomlasztó evolúció végterméke keskeny gyűrűk rendszere lenne. A gyűrűkbe jelenleg még be kell ágyazni néhány holdast . Az ilyen holdak maximális mérete valószínűleg 10 km körüli.

A porsávok eredete kevésbé problematikus. A por élettartama nagyon rövid, 100–1000 év, és az Uráni rendszeren kívülről érkező nagyobb gyűrűs részecskék, holdak és meteoroidok ütközései miatt folyamatosan pótolni kell . Az anyaholdak és részecskék övei kis optikai mélységük miatt maguk is láthatatlanok, míg a por előre szórt fényben mutatkozik meg. A keskeny főgyűrűk és a porsávokat létrehozó holdszalagok részecskeméret-eloszlásában várhatóan eltérőek lesznek. A főgyűrűk teste több centimétertől méterig terjed. Az ilyen eloszlás növeli az anyag felületét a gyűrűkben, ami nagy optikai sűrűséget eredményez a visszaszórt fényben. Ezzel szemben a porsávokban viszonylag kevés nagy részecske van, ami alacsony optikai mélységet eredményez.

Felfedezés

A gyűrűket a Voyager 2 űrszonda alaposan megvizsgálta 1986 januárjában. Két új halvány gyűrűt – a λ-t és az 1986U2R-t – fedezték fel, így a teljes szám tizenegyre nőtt. A gyűrűket rádiós, ultraibolya és optikai okkultáció eredményeinek elemzésével vizsgálták. A Voyager 2 a gyűrűket a naphoz képest eltérő geometriában figyelte meg, és képeket készített visszafelé, előre és oldalra szórt fénnyel. A képek elemzése lehetővé tette a gyűrűs részecskék teljes fázisfüggvényének, geometriai és Bond-albedójának levezetését. A képeken két gyűrű – ε és η – lett felbontva, és ez egy bonyolult finom szerkezetet tár fel. A Voyager képeinek elemzése az Uránusz tizenegy belső holdjának felfedezéséhez is vezetett , köztük az ε gyűrű két pásztorholdjához, a Cordeliához és az Opheliához.

Tulajdonságok listája

Ez a táblázat az Uránusz bolygógyűrűrendszerének tulajdonságait foglalja össze .

Megjegyzések

Hivatkozások

Külső linkek

• Uránusz gyűrűi a NASA Naprendszer-kutatása által
• Uránuszgyűrűk adatlap
• A Hubble óriási gyűrűket és újholdakat fedezett fel az Uránusz körül – A Hubble Űrteleszkóp sajtóközleménye (2005. december 22.)
• A Planetáris Nómenklatúra Közlönye – Gyűrűs és Gyűrűs Nómenklatúra (Uránusz), USGS