Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Схема системы кольцо-луна Урана . Сплошные линии обозначают кольца; пунктирными линиями обозначены орбиты лун.

Эти кольца из Урана являются промежуточными по сложности между более широким набором вокруг Сатурна и более простых системами вокруг Юпитера и Нептуна . Кольца Урана были открыты 10 марта 1977 года Джеймсом Л. Эллиотом , Эдвардом В. Данхэмом и Джессикой Минк . Уильям Гершель также сообщил о наблюдении колец в 1789 году; Современные астрономы расходятся во мнениях относительно того, мог ли он их видеть, поскольку они очень темные и тусклые. [1]

К 1978 году было идентифицировано девять различных колец. Два дополнительных кольца были обнаружены в 1986 году на изображениях, сделанных космическим кораблем « Вояджер-2» , а два внешних кольца были обнаружены в 2003–2005 годах на фотографиях космического телескопа Хаббл . В порядке увеличения расстояния от планеты 13 известных колец обозначены 1986U2R / ζ , 6, 5, 4, α , β , η , γ , δ , λ , ε , ν и μ.. Их радиусы колеблются от примерно 38000 км для кольца 1986U2R / ζ до примерно 98000 км для кольца μ. Между основными кольцами могут существовать дополнительные слабые пылевые полосы и неполные дуги. Кольца очень темные - альбедо Связи частиц колец не превышает 2%. Вероятно, они состоят из водяного льда с добавлением органических веществ, обработанных темным излучением .

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

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

Механизм, ограничивающий узкие кольца, не совсем понятен. Первоначально предполагалось, что каждое узкое кольцо имеет пару ближайших пастушьих лун, которые придают ему форму. В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил только одну такую ​​пару пастухов ( Корделия и Офелия ) вокруг самого яркого кольца (ε).

Открытие [ править ]

Первое упоминание о системе колец Урана происходит из заметок Уильяма Гершеля, в которых подробно описываются его наблюдения за Ураном в 18 веке, которые включают следующий отрывок: «22 февраля 1789 года: подозревалось кольцо». [1] Гершель нарисовал небольшую схему кольца и отметил, что оно «немного склонно к красному». Кек телескоп на Гавайях с тех пор подтверждает это так, по крайней мере , для v , кольца. [2] Заметки Гершеля были опубликованы в Королевском обществе.журнал в 1797 году. За два столетия между 1797 и 1977 годами кольца упоминаются редко, если вообще упоминаются. Это вызывает серьезные сомнения в том, мог ли Гершель видеть что-либо подобное, в то время как сотни других астрономов ничего не видели. Утверждалось, что Гершель дал точные описания размера кольца ε относительно Урана, его изменений при движении Урана вокруг Солнца и его цвета. [3]

Окончательное открытие колец Урана было сделано астрономами Джеймс Л. Эллиот , Эдвард У. Dunham и Джессика норок 10 марта 1977 года с использованием Койпера Airborne обсерватории и был счастливой случайностью . Они планировали использовать затенение звезды SAO 158687 Урана для изучения планеты атмосферы . Когда их наблюдения были проанализированы, они обнаружили, что звезда ненадолго исчезла из поля зрения пять раз как до, так и после того, как она была затмена планетой. Они пришли к выводу, что присутствует система узких колец. [4] [5] Пять наблюдаемых ими событий затмения в своих статьях обозначены греческими буквами α, β, γ, δ и ε. [4]С тех пор эти обозначения используются как названия колец. Позже они обнаружили четыре дополнительных кольца: одно между кольцами β и γ и три внутри кольца α. [6] Первое было названо η кольцом. Последние были названы кольцами 4, 5 и 6 - согласно нумерации событий затмения в одной газете. [7] Кольцевая система Урана была второй из открытых в Солнечной системе после Сатурна . [8]

Кольца были непосредственно сфотографированы, когда космический корабль « Вояджер-2» пролетел через систему Урана в 1986 году. [9] Были обнаружены еще два тусклых кольца, в результате чего их общее количество достигло одиннадцати. [9] Космический телескоп Хаббла обнаружил дополнительную пару ранее невидимых колец в 2003-2005 год, в результате чего общего количества , известное до 13. Обнаружения этих внешних колец удвоенного известного радиуса кольцевой системы. [10] Хаббл также впервые сфотографировал два небольших спутника, один из которых, Mab , делит свою орбиту с внешним недавно обнаруженным μ-кольцом. [11]

Общие свойства [ править ]

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

Как известно в настоящее время, кольцевая система Урана включает тринадцать различных колец. В порядке увеличения расстояния от планеты это: 1986U2R / ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, μ кольца. [10] Их можно разделить на три группы: девять узких главных колец (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), [8] два пыльных кольца (1986U2R / ζ, λ) [12 ] и два внешних кольца (ν, μ). [10] [13] Кольца Урана состоят в основном из макроскопических частиц и небольшого количества пыли , [14] хотя известно, что в 1986 году пыль присутствует в кольцах U2R / ζ, η, δ, λ, ν и μ. [10] [12]Помимо этих хорошо известных колец, между ними может быть множество оптически тонких пылевых полос и слабых колец. [15] Эти слабые кольца и пылевые полосы могут существовать только временно или состоять из ряда отдельных дуг, которые иногда обнаруживаются во время затенений . [15] Некоторые из них стали видимыми во время серии событий пересечения плоскости колец в 2007 году. [16] В геометрии прямого рассеяния [a] космическим аппаратом « Вояджер-2» наблюдалось несколько пылевых полос между кольцами . [9] Все кольца Урана показывают азимутальные вариации яркости. [9]

Кольца изготовлены из очень темного материала. Геометрическое альбедо кольцевых частиц не превышает 5-6%, в то время как альбедо Бонд еще ниже, около 2%. [14] [17] Кольцевые частицы демонстрируют резкий всплеск сопротивления - увеличение альбедо, когда фазовый угол близок к нулю. [14] Это означает, что их альбедо намного ниже, когда они наблюдаются немного в стороне от оппозиции. [b] Кольца слегка красные в ультрафиолетовой и видимой частях спектра и серые в ближней инфракрасной . [18] У них нет видимых спектральных особенностей.. Химический состав кольцевых частиц, не известно. Они не могут быть сделаны из чистого водяного льда, как кольца Сатурна, потому что они слишком темные, более темные, чем внутренние луны Урана . [18] 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, которые значительно потемнели из-за облучения заряженными частицами из магнитосферы Урана . Частицы колец могут состоять из сильно переработанного материала, который изначально был похож на материал внутренних лун. [18]

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. [8] Есть сходство с некоторыми частями последней кольцевой системы; кольцо F Сатурна и кольцо ε урана узкие, относительно темные и находятся под опекой пары лун. [8] Недавно открытые внешние кольца ν и μ Урана похожи на внешние кольца G и E Сатурна . [19] Узкие локоны, существующие в широких кольцах Сатурна, также напоминают узкие кольца Урана. [8]Кроме того, полосы пыли, наблюдаемые между главными кольцами Урана, могут быть похожи на кольца Юпитера. [12] 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. [12]

Узкие основные кольца [ править ]

ε кольцо [ править ]

Крупный план ε-кольца Урана

Кольцо ε - самая яркая и самая плотная часть системы колец Урана, и на него приходится около двух третей света, отражаемого кольцами. [9] [18] Хотя это самое эксцентричное из колец Урана, у него незначительное наклонение орбиты . [20] Эксцентриситет кольца заставляет его яркость изменяться в течение его орбиты. Радиально интегрированная яркость кольца ε является максимальной около апоапсиса и самой низкой около периапсиса . [21] Максимальное / минимальное соотношение яркости составляет примерно 2,5–3,0. [14]Эти вариации связаны с вариациями ширины кольца, которая составляет 19,7 км в перицентре и 96,4 км в апоапсисе. [21] По мере того, как кольцо становится шире, степень затенения между частицами уменьшается, и их становится больше, что приводит к более высокой интегральной яркости. [17] Вариации ширины измерялись непосредственно по изображениям « Вояджера-2» , поскольку кольцо ε было одним из двух колец, разрешенных камерами «Вояджера». [9] Такое поведение указывает на то, что кольцо не является оптически тонким. Действительно, наблюдения за затемнением, проведенные с земли и с космического корабля, показали, что его нормальная оптическая толщина [c] варьируется от 0,5 до 2,5, [21] [22]самый высокий возле перицентра. Эквивалентная глубина [d] кольца ε составляет около 47 км и не зависит от орбиты. [21]

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

Геометрическая толщина ε-кольца точно не известна, хотя кольцо, безусловно, очень тонкое - по некоторым оценкам, до 150 мкм. [15] Несмотря на такую ​​бесконечно малую толщину, он состоит из нескольких слоев частиц. Кольцо ε - довольно людное место с коэффициентом заполнения около апоапсиса, оцениваемым разными источниками от 0,008 до 0,06. [21] Средний размер кольцевых частиц составляет 0,2–20,0 м [15], а среднее расстояние примерно в 4,5 раза превышает их радиус. [21] Кольцо почти лишено пыли , возможно, из-за аэродинамического сопротивления протяженной атмосферной короны Урана. [2]Из-за своей тонкости как бритва ε-кольцо невидимо, если смотреть с ребра. Это произошло в 2007 году, когда наблюдалось пересечение плоскости кольца. [16]

Космический корабль « Вояджер-2» наблюдал странный сигнал от кольца ε во время радиозатменного эксперимента. [22] Сигнал выглядел как сильное усиление прямого рассеяния на длине волны 3,6 см вблизи апоапсиса кольца. Столь сильное рассеяние требует существования когерентной структуры. То, что кольцо ε действительно имеет такую ​​тонкую структуру, было подтверждено многими наблюдениями за затемнением. [15] Кажется, что ε-кольцо состоит из ряда узких и оптически плотных колец, некоторые из которых могут иметь неполные дуги. [15]

Известно, что у кольца ε есть внутренние и внешние пастушьи луны - Корделия и Офелия соответственно. [23] Внутренний край кольца находится в резонансе 24:25 с Корделией, а внешний край находится в резонансе 14:13 с Офелией. [23] Масса лун должна быть как минимум в три раза больше массы кольца, чтобы эффективно удерживать его. [8] Масса ε-кольца оценивается примерно в 10 16  кг. [8] [23]

δ кольцо [ править ]

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

Кольцо δ круглое и слегка наклонное. [20] Он показывает значительные необъяснимые азимутальные вариации нормальной оптической толщины и ширины. [15] Одно из возможных объяснений состоит в том, что кольцо имеет азимутальную волнообразную структуру, возбуждаемую небольшой лункой внутри него. [24] Острый внешний край кольца δ находится в резонансе 23:22 с Корделией. [25] Кольцо δ состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого внутреннего плеча с малой оптической глубиной. [15] Ширина узкого компонента составляет 4,1–6,1 км, а эквивалентная глубина составляет около 2,2 км, что соответствует нормальной оптической толщине около 0,3–0,6. [21]Широкий компонент кольца имеет ширину около 10–12 км, а его эквивалентная глубина близка к 0,3 км, что указывает на низкую нормальную оптическую толщину 3 × 10–2 . [21] [26] Это известно только из данных о затмении, потому что эксперимент по визуализации " Вояджера-2" не смог разрешить кольцо δ. [9] [26] При наблюдении в геометрии прямого рассеяния на космическом аппарате « Вояджер-2» δ-кольцо выглядело относительно ярким, что совместимо с присутствием пыли в его широком компоненте. [9]Широкий компонент геометрически толще узкого. Это подтверждается наблюдениями за событием пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда δ-кольцо оставалось видимым, что согласуется с поведением одновременно геометрически толстого и оптически тонкого кольца. [16]

γ кольцо [ править ]

Кольцо γ узкое, оптически плотное и слегка эксцентричное. Его орбитальное наклонение почти равно нулю. [20] Ширина кольца варьируется в диапазоне 3,6–4,7 км, хотя эквивалентная оптическая глубина постоянна и составляет 3,3 км. [21] Нормальная оптическая толщина γ-кольца составляет 0,7–0,9. Во время пересечения плоскости кольца в 2007 году γ-кольцо исчезло, что означает, что оно геометрически тонкое, как ε-кольцо [15], и лишено пыли. [16] Ширина и нормальная оптическая толщина кольца γ показывают значительные азимутальные вариации. [15] Механизм удержания такого узкого кольца не известен, но было замечено, что острый внутренний край γ-кольца находится в резонансе 6: 5 с Офелией.[25] [27]

η кольцо [ править ]

Кольцо η имеет нулевой эксцентриситет и наклон орбиты. [20] Как и δ-кольцо, оно состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого выступающего наружу плеча с малой оптической глубиной. [9] Ширина узкого компонента составляет 1,9–2,7 км, а эквивалентная глубина составляет около 0,42 км, что соответствует нормальной оптической толщине около 0,16–0,25. [21] 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 . [21] Это было разрешено на изображениях " Вояджера-2" . [9]В рассеянном вперед свете кольцо η выглядело ярким, что указывало на наличие значительного количества пыли в этом кольце, вероятно, в широкой компоненте. [9] Широкий компонент намного толще (геометрически), чем узкий. Этот вывод подтверждается наблюдениями за событием пересечения плоскости кольца в 2007 г., когда кольцо η продемонстрировало повышенную яркость, став вторым по яркости элементом в системе колец. [16] Это согласуется с поведением геометрически толстого, но в то же время оптически тонкого кольца. [16] Как и большинство других колец, кольцо η показывает значительные азимутальные изменения нормальной оптической толщины и ширины. Узкая составляющая местами даже пропадает. [15]

кольца α и β [ править ]

После кольца ε кольца α и β - самые яркие из колец Урана. [14] Как и кольцо ε, они демонстрируют регулярные изменения яркости и ширины. [14] Они самые яркие и самые широкие в 30 ° от апоапсиса, а самые тусклые и самые узкие - в 30 ° от перицентра . [9] [28] Кольца α и β обладают значительным эксцентриситетом орбиты и значительным наклоном. [20] Ширина этих колец составляет 4,8–10 км и 6,1–11,4 км соответственно. [21] Эквивалентные оптические глубины составляют 3,29 км и 2,14 км, что дает нормальные оптические глубины 0,3–0,7 и 0,2–0,35 соответственно. [21]Во время пересечения плоскости кольца в 2007 году кольца исчезли, что означает, что они геометрически тонкие, как кольцо ε, и лишены пыли. [16] В том же событии была обнаружена толстая и оптически тонкая пылевая полоса сразу за β-кольцом, которая также наблюдалась ранее космическим аппаратом Вояджер 2 . [9] Масса α- и β-колец оценивается примерно в 5 · 10 15  кг (каждое) - половина массы ε-кольца. [29]

Кольца 6, 5 и 4 [ править ]

Кольца 6, 5 и 4 - самые внутренние и самые тусклые из узких колец Урана. [14] Они являются наиболее наклонными кольцами, и их орбитальные эксцентриситеты являются самыми большими, за исключением кольца ε. [20] Фактически, их наклоны (0,06 °, 0,05 ° и 0,03 °) были достаточно большими, чтобы « Вояджер-2» мог наблюдать их возвышения над экваториальной плоскостью Урана, которые составляли 24–46 км. [9] Кольца 6, 5 и 4 также являются самыми узкими кольцами Урана, размером 1,6–2,2 км, 1,9–4,9 км и 2,4–4,4 км соответственно. [9] [21] Их эквивалентные глубины составляют 0,41 км, 0,91 и 0,71 км, что дает нормальную оптическую толщину 0,18–0,25, 0,18–0,48 и 0,16–0,3. [21]Они не были видны во время пересечения кольцевой плоскости в 2007 году из-за их узости и отсутствия пыли. [16]

Пыльные кольца [ править ]

λ кольцо [ править ]

Изображение внутренних колец Урана, полученное с помощью космического корабля "Вояджер-2" с большой выдержкой и большим фазовым углом (172,5 °) [14] . В свете, рассеянном вперед, можно увидеть полосы пыли, не видимые на других изображениях, а также распознанные кольца.

Кольцо λ было одним из двух колец, обнаруженных « Вояджером-2» в 1986 году. [20] Это узкое слабое кольцо, расположенное внутри кольца ε, между ним и пастушьей луной Корделией . [9] Эта луна очищает темную полосу внутри кольца λ. Если смотреть в обратно рассеянном свете, [e] кольцо λ очень узкое - около 1-2 км - и имеет эквивалентную оптическую толщину 0,1-0,2 км на длине волны 2,2 мкм. [2] Нормальная оптическая толщина составляет 0,1–0,2. [9] [26]Оптическая толщина λ-кольца сильно зависит от длины волны, что нетипично для кольцевой системы Урана. Эквивалентная глубина в ультрафиолетовой части спектра достигает 0,36 км, что объясняет, почему λ-кольцо было первоначально обнаружено только в УФ-звездных затенениях космическим аппаратом Вояджер-2 . [26] Об обнаружении во время затенения звезды на длине волны 2,2 мкм было объявлено только в 1996 году. [2]

Внешний вид кольца λ резко изменился, когда его наблюдали в рассеянном вперед свете в 1986 году. [9] В этой геометрии кольцо стало самой яркой особенностью кольцевой системы Урана, затмевая кольцо ε. [12] Это наблюдение, вместе с зависимостью оптической толщины от длины волны, указывает на то, что кольцо λ содержит значительное количество пыли микрометрового размера. [12] Нормальная оптическая толщина этой пыли составляет 10 −4 –10 −3 . [14] Наблюдения телескопа Кека в 2007 году во время события пересечения плоскости кольца подтвердили этот вывод, потому что кольцо λ стало одной из самых ярких деталей в системе колец Урана.[16]

Детальный анализ изображений « Вояджера-2» выявил азимутальные вариации яркости λ-кольца. [14] Изменения кажутся периодическими, напоминающими стоячую волну . Происхождение этой тонкой структуры в кольце λ остается загадкой. [12]

1986U2R / ζ кольцо [ править ]

Открытие изображения из 1986U2R кольца

В 1986 году « Вояджер-2» обнаружил широкий и слабый слой материала внутри кольца 6. [9] Этому кольцу было присвоено временное обозначение 1986U2R. Он имел нормальную оптическую толщину 10 −3 или меньше и был очень слабым. Это было видно только на одном снимке " Вояджера-2" . [9] Кольцо было расположено между 37000 и 39500 км от центра Урана, или всего на 12000 км над облаками. [2] Это не наблюдалось снова до 2003–2004 гг., Когда телескоп Кека обнаружил широкий и слабый слой материала внутри кольца 6. Это кольцо было названо кольцом ζ. [2]Положение восстановленного ζ-кольца существенно отличается от наблюдавшегося в 1986 году. Сейчас оно находится между 37 850 и 41350 км от центра планеты. Существует внутреннее постепенно затухающее расширение, достигающее по крайней мере 32 600 км [2] или, возможно, даже 27 000 км - до атмосферы Урана. Эти расширения обозначаются как кольца ζ c и ζ cc соответственно. [30]

Кольцо ζ снова наблюдалось во время пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда оно стало самой яркой особенностью системы колец, затмив все остальные кольца вместе взятые. [16] Эквивалентная оптическая глубина этого кольца составляет около 1 км (0,6 км для внутреннего расширения), в то время как нормальная оптическая толщина снова меньше 10 −3 . [2] Скорее разный внешний вид колец 1986U2R и ζ может быть вызван разной геометрией обзора: геометрией обратного рассеяния в 2003–2007 годах и геометрией бокового рассеяния в 1986 году. [2] [16] Изменения за последние 20 лет в Нельзя исключать распространение пыли, которая считается преобладающей в кольце. [16]

Прочие пылевые полосы [ править ]

Помимо колец 1986U2R / ζ и λ, в системе колец Урана есть и другие чрезвычайно слабые пылевые полосы. [9] Они невидимы во время затмений, потому что имеют пренебрежимо малую оптическую глубину, хотя они ярки в рассеянном вперед свете. [12] Изображения рассеянного вперед света, сделанные Voyager 2, показали наличие ярких пылевых полос между кольцами λ и δ, между кольцами η и β, а также между кольцом α и кольцом 4. [9] Многие из этих полос. были снова обнаружены в 2003–2004 гг. телескопом Кека и во время события пересечения плоскости кольца в 2007 г. в обратно рассеянном свете, но их точное местоположение и относительная яркость отличались от наблюдений космического корабля « Вояджер» . [2] [16]Нормальная оптическая толщина пылевых полос составляет около 10 -5 или меньше. Считается, что гранулометрический состав пыли подчиняется степенному закону с показателем p  = 2,5 ± 0,5. [14]

Помимо отдельных пылевых полос, система колец Урана кажется погруженной в широкий и слабый слой пыли с нормальной оптической толщиной, не превышающей 10 −3 . [30]

Система внешнего кольца [ править ]

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

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

Пиковая яркость μ-кольца находится почти точно на орбите небольшой уранской луны Mab , которая, вероятно, является источником частиц кольца. [10] [11] Кольцо ν расположено между Порцией и Розалиндой и не содержит внутри себя лун. [10] Повторный анализ изображений, полученных с помощью космического корабля " Вояджер-2 ", рассеянного вперед света, ясно показывает кольца μ и ν. В этой геометрии кольца намного ярче, что указывает на то, что они содержат много пыли микрометрового размера. [10] Внешние кольца Урана могут быть похожи на кольца G и E Сатурна, поскольку кольцо E чрезвычайно широкое и принимает пыль с Энцелада.. [10] [11]

Кольцо μ может полностью состоять из пыли, вообще без каких-либо крупных частиц. Эта гипотеза подтверждается наблюдениями, выполненными телескопом Кека, который не смог обнаружить кольцо μ в ближнем инфракрасном диапазоне на 2,2 мкм, но обнаружил кольцо ν. [19] Этот сбой означает, что кольцо μ имеет синий цвет, что, в свою очередь, указывает на то, что в нем преобладает очень мелкая (субмикронная) пыль. [19] Пыль может состоять из водяного льда. [31] Напротив, кольцо ν имеет слегка красный цвет. [19] [32]

Динамика и происхождение [ править ]

Улучшенная цветовая схема внутренних колец, полученная из изображений Voyager 2.

Выдающейся проблемой физики узких колец Урана является их ограничение. Без какого-либо механизма, удерживающего частицы вместе, кольца быстро разошлись бы в радиальном направлении. [8] Срок службы колец Урана без такого механизма не может превышать 1 миллиона лет. [8] Наиболее широко цитируемая модель такого ограничения, первоначально предложенная Голдрайхом и Тремейном , [33]состоит в том, что пара ближайших спутников, внешний и внутренний пастухи, гравитационно взаимодействуют с кольцом и действуют как поглотители и доноры, соответственно, для избыточного и недостаточного углового момента (или, что эквивалентно, энергии). Таким образом, пастухи удерживают частицы кольца на месте, но сами постепенно удаляются от кольца. [8] Чтобы быть эффективными, массы пастухов должны превышать массу кольца как минимум в два-три раза. Этот механизм, как известно, работает в случае кольца ε, где Корделия и Офелия служат пастырями. [25] Корделия также является внешним пастырем кольца δ, а Офелия - внешним пастырем кольца γ. [25]В окрестностях других колец не известно ни одной луны размером более 10 км. [9] Текущее расстояние Корделии и Офелии от кольца ε можно использовать для оценки возраста кольца. Расчеты показывают, что возраст кольца ε не может превышать 600 миллионов лет. [8] [23]

Поскольку кольца Урана кажутся молодыми, они должны постоянно обновляться за счет столкновительной фрагментации более крупных тел. [8] Оценки показывают, что время жизни Луны размером с Пак составляет несколько миллиардов лет до столкновения . Срок службы спутника меньшего размера намного меньше. [8] Следовательно, все текущие внутренние спутники и кольца могут быть продуктами разрушения нескольких спутников размером с Пак в течение последних четырех с половиной миллиардов лет. [23] Каждое такое нарушение могло вызвать каскад столкновений, который быстро измельчил почти все крупные тела на гораздо более мелкие частицы, включая пыль. [8]В конце концов большая часть массы была потеряна, и частицы выжили только в положениях, которые были стабилизированы взаимными резонансами и пастушеством. Конечным продуктом такой разрушительной эволюции была бы система узких колец. В настоящее время в кольца все еще должны быть встроены несколько лунлетов . Максимальный размер таких лун, вероятно, составляет около 10 км. [23]

Происхождение пылевых полос менее проблематично. Пыль имеет очень короткое время жизни, 100–1000 лет, и ее следует постоянно пополнять за счет столкновений между более крупными кольцевыми частицами, лунными летательными аппаратами и метеороидами из-за пределов системы Урана. [12] [23] Пояса родительских лунлетов и частиц сами невидимы из-за их малой оптической глубины, в то время как пыль проявляется в светорассеянном вперед. [23] Ожидается, что узкие основные кольца и поясные ленты, создающие пылевые полосы, будут различаться по гранулометрическому составу. Основные кольца имеют корпуса от сантиметра до метра. Такое распределение увеличивает площадь поверхности материала в кольцах, что приводит к высокой оптической плотности в обратно рассеянном свете. [23]Напротив, в пылевых полосах относительно мало крупных частиц, что приводит к низкой оптической толщине. [23]

Исследование [ править ]

Кольца были тщательно исследованы космическим аппаратом " Вояджер-2" в январе 1986 года. [20] Были обнаружены два новых слабых кольца - λ и 1986U2R, в результате чего общее число, известное на тот момент, составило одиннадцать. Кольца были изучены путем анализа результатов радио, [22] ультрафиолета [26] и оптических затемнений. [15] « Вояджер-2» наблюдал за кольцами разной геометрии относительно Солнца, создавая изображения с обратным, прямым и боковым светом. [9] Анализ этих изображений позволил получить полную фазовую функцию, геометрическое и связанное альбедо кольцевых частиц. [14]Два кольца - ε и η - разрешились на изображениях, обнаружив сложную тонкую структуру. [9] Анализ изображений «Вояджера» также привел к открытию одиннадцати внутренних спутников Урана , в том числе двух пастушьих спутников кольца ε - Корделии и Офелии. [9]

Список свойств [ править ]

Эта таблица суммирует свойства планетарной системы колец Урана .

Имя кольцаРадиус (км) [f]Ширина (км) [f]Уравнение глубина (км) [д] [г]Н. Опт. глубина [c] [h]Толщина (м) [i]Ecc. [j]Включая (°) [j]Примечания
ζ cc26 840–34 8908 0000,8~ 0,001???Продолжение внутрь кольца ζ c
ζ c34 890–37 8503 0000,6~ 0,01???Продолжение внутрь ζ-кольца
1986U2R37 000–39 5002 500<2,5<0,01???Слабое пыльное кольцо
ζ37 850–41 3503 5001~ 0,01???
641 8371,6–2,20,410,18–0,25?0,00100,062
542 2341,9–4,90,910,18–0,48?0,00190,054
442 5702,4–4,40,710,16–0,30?0,00110,032
α44 7184,8–10,03,390,3–0,7?0,00080,015
β45 6616,1–11,42,140,20–0,35?0,00400,005
η47 1751,9–2,70,420,16–0,25?00,001
η c47 176400,850,2?00,001Внешняя широкая компонента η-кольца
γ47 6273,6–4,73.30,7–0,9150?0,0010,002
δ c48 30010–120,30,3?00,001Внутренняя широкая компонента δ-кольца
δ48 3004.1–6.12.20,3–0,6?00,001
λ50 0231–20,20,1–0,2?0?0?Слабое пыльное кольцо
ε51 14919,7–96,4470,5–2,5150?0,00790Под присмотром Корделии и Офелии
ν66 100–69 9003 8000,0120,000054???Между Порцией и Розалиндой максимальная яркость на 67 300 км.
μ86 000–103 00017 0000,140,000085???В Маб максимальная яркость на 97 700 км.

Примечания [ править ]

  1. ^ Свет, рассеянный вперед - это свет, рассеянный под небольшим углом по отношению к солнечному свету ( фазовый угол близок к 180 °).
  2. ^ Отключение означает, что угол между направлением объект-солнце и направлением объект-Земля не равен нулю.
  3. ^ a b Нормальная оптическая толщина кольца τ - это отношение полного геометрического поперечного сечения частиц кольца к его квадратной площади. Он принимает значения от нуля до бесконечности. Луч света, проходящий нормально через кольцо, будет ослаблен на коэффициент e −τ . [14]
  4. ^ a b Эквивалентная глубина ED кольца определяется как интеграл нормальной оптической толщины кольца. Другими словами ED = ∫τdr, где r - радиус. [2]
  5. ^ Рассеянный назад свет - это свет, рассеянный под углом, близким к 180 °, относительно солнечного света ( фазовый угол близок к 0 °).
  6. ^ a b Радиусы колец 6,5,4, α, β, η, γ, δ, λ и ε были взяты из Esposito et al., 2002. [8] Ширина колец 6,5,4, Кольца α, β, η, γ, δ и ε взяты из Каркошка и др., 2001. [21] Радиусы и ширина колец ζ и 1986U2R взяты из de Pater et al., 2006. [2] Ширина λ-кольца взяты из Holberg et al., 1987. [26] Радиусы и ширина μ- и ν-колец взяты из Showalter et al., 2006. [10]
  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 Каркошка и др., 2001. [21] Эквивалентные глубины колец λ и ζ, μ и ν равны полученные с использованием значений μEW из de Pater et al., 2006 [2] и de Pater et al., 2006b, [19] соответственно. Значения μEW для этих колец были умножены на коэффициент 20, что соответствует предполагаемому альбедо частиц кольца 5%.
  8. ^ Нормальные оптическиетолщинывсех колец, кроме ζ, ζ c , ζ cc , 1986U2R, μ и ν, были рассчитаны как отношения эквивалентных глубин к ширине. Нормальная оптическая толщина кольца 1986U2R была взята из de Smith et al., 1986. [9] Нормальные оптические глубины колец μ и ν являются пиковыми значениями из Showalter et al., 2006, [10] в то время какнормальные оптические глубиныглубиныколецζ, ζ c и ζ cc взяты из Dunn eta al., 2010. [30]
  9. ^ Оценки толщины взяты из Lane et al., 1986. [15]
  10. ^ a b Эксцентриситет и наклон колец были взяты из Stone et al., 1986 и French et al., 1989. [20] [27]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Ринкон, Пол (18 апреля 2007 г.). «Кольца Урана видели в 1700 - х годах » . BBC News . Проверено 23 января 2012 года .(повторное исследование Стюарта Ивса)
  2. ^ Б с д е е г ч я J к л м де Патер, Imke; Гиббард, Серан Дж .; Хаммель, HB (2006). «Эволюция пыльных колец Урана». Икар . 180 (1): 186–200. Bibcode : 2006Icar..180..186D . DOI : 10.1016 / j.icarus.2005.08.011 .
  3. ^ "Уильям Гершель обнаружил кольца Урана в 18 веке?" . Physorg.com . 2007 . Проверено 20 июня 2007 .
  4. ^ а б Эллиот, JL; Данэм, Э; Минк Д. (1977). «Затмение SAO - 15 86687 поясом спутников Урана» . Международный астрономический союз, циркуляр № 3051.
  5. ^ Эллиот, JL; Dunham, E .; Минк Д. (1977). «Кольца Урана». Природа . 267 (5609): 328–330. Bibcode : 1977Natur.267..328E . DOI : 10.1038 / 267328a0 .
  6. ^ Николсон, PD; Persson, SE; Matthews, K .; и другие. (1978). «Кольца Урана: результаты оккультаций 10 апреля 1978 года» (PDF) . Астрономический журнал . 83 : 1240–1248. Bibcode : 1978AJ ..... 83.1240N . DOI : 10.1086 / 112318 .
  7. ^ Миллис, RL; Вассерман, LH (1978). "Покрытие BD -15 3969 кольцами Урана". Астрономический журнал . 83 : 993–998. Bibcode : 1978AJ ..... 83..993M . DOI : 10.1086 / 112281 .
  8. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о Эспозито, Л. (2002). «Планетарные кольца». Отчеты о достижениях физики . 65 (12): 1741–1783. Bibcode : 2002RPPh ... 65.1741E . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 65/12/201 .
  9. ^ Б с д е е г ч я J к л м п о р а Q R сек т у V ш х у г аа Smith, BA; Содерблом, Луизиана; Beebe, A .; Bliss, D .; Бойс, JM; Brahic, A .; Бриггс, Джорджия; Коричневый, RH; Коллинз, SA (4 июля 1986 г.). «Вояджер-2 в системе Урана: результаты визуализации» . Наука (Представленная рукопись). 233 (4759): 43–64. Bibcode : 1986Sci ... 233 ... 43S . doi :10.1126 / science.233.4759.43 . PMID  17812889 .
  10. ^ a b c d e f g h i j k l m Showalter, Mark R .; Лиссауэр, Джек Дж. (17 февраля 2006 г.). «Вторая система кольцо-Луна Урана: открытие и динамика». Наука . 311 (5763): 973–977. Bibcode : 2006Sci ... 311..973S . DOI : 10.1126 / science.1122882 . PMID 16373533 . 
  11. ^ a b c «Хаббл НАСА обнаруживает новые кольца и луны вокруг Урана» . Хабблесайт . 2005 . Проверено 9 июня 2007 .
  12. ^ Б с д е е г ч я Burns, JA; Гамильтон, Д.П .; Шоуолтер, MR (2001). «Пыльные кольца и околопланетная пыль: наблюдения и простая физика» (PDF) . In Grun, E .; Густафсон, БАС; Дермотт, ST; Фехтиг Х. (ред.). Межпланетная пыль . Берлин: Springer. С. 641–725.
  13. ^ а б Шоуолтер, Марк Р .; Лиссауэр, JJ; Французский, RG; и другие. (2008). "Внешние пылевые кольца Урана в космическом телескопе Хаббла". AAA / Division of Dynamical Astronomy Meeting # 39 : 16.02. Bibcode : 2008DDA .... 39.1602S .
  14. ^ Б с д е е г ч я J к л м Ockert, ME; Куцци, JN; Порко, СС; Джонсон, ТВ (1987). "Фотометрия колец Урана: результаты космического корабля" Вояджер-2 ". Журнал геофизических исследований . 92 (A13): 14, 969–78. Bibcode : 1987JGR .... 9214969O . DOI : 10.1029 / JA092iA13p14969 .
  15. ^ a b c d e f g h i j k l m Lane, Arthur L .; Хорд, Чарльз В .; Уэст, Роберт А .; и другие. (1986). «Фотометрия космического корабля" Вояджер-2 ": первые результаты по урановой атмосфере, спутникам и кольцам». Наука . 233 (4759): 65–69. Bibcode : 1986Sci ... 233 ... 65L . DOI : 10.1126 / science.233.4759.65 . PMID 17812890 . 
  16. ^ Б с д е е г ч я J к л м де Патер, Imke; Hammel, HB; Шоуолтер, Марк Р .; Ван Дам, Маркос А. (2007). «Темная сторона колец Урана» (PDF) . Наука . 317 (5846): 1888–1890. Bibcode : 2007Sci ... 317.1888D . DOI : 10.1126 / science.1148103 . PMID 17717152 .  
  17. ^ a b Каркошка, Эрих (1997). «Кольца и спутники Урана: красочные и не такие темные». Икар . 125 (2): 348–363. Bibcode : 1997Icar..125..348K . DOI : 10.1006 / icar.1996.5631 .
  18. ^ a b c d 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. Bibcode : 1998Icar..132..266B . DOI : 10.1006 / icar.1998.5894 .
  19. ^ a b c d e dePater, Imke; Hammel, Heidi B .; Гиббард, Серан Дж .; Шоуолтер, Марк Р. (2006). «Новые пылевые пояса Урана: одно кольцо, два кольца, красное кольцо, синее кольцо» (PDF) . Наука . 312 (5770): 92–94. Bibcode : 2006Sci ... 312 ... 92D . DOI : 10.1126 / science.1125110 . PMID 16601188 .  
  20. ^ a b c d e f g h i Stone, EC; Майнер, ED (1986). «Вояджер-2 сталкивается с урановой системой». Наука . 233 (4759): 39–43. Bibcode : 1986Sci ... 233 ... 39S . DOI : 10.1126 / science.233.4759.39 . PMID 17812888 . 
  21. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q Каркошка, Эрих (2001). «Фотометрическое моделирование эпсилонного кольца Урана и расстояния между частицами». Икар . 151 (1): 78–83. Bibcode : 2001Icar..151 ... 78K . DOI : 10.1006 / icar.2001.6598 .
  22. ^ a b c Тайлер, JL; Sweetnam, DN; Андерсон, JD; и другие. (1986). "Радионаучные наблюдения Voyger 2 системы Урана: атмосфера, кольца и спутники". Наука . 233 (4759): 79–84. Bibcode : 1986Sci ... 233 ... 79T . DOI : 10.1126 / science.233.4759.79 . PMID 17812893 . 
  23. ^ Б с д е е г ч я J Эспозито, LW; Колуэлл, Джошуа Э. (1989). «Создание колец Урана и пылевых полос». Природа . 339 (6226): 605–607. Bibcode : 1989Natur.339..605E . DOI : 10.1038 / 339605a0 .
  24. ^ Рог, LJ; Lane, AL; Янамандра-Фишер, Пенсильвания; Эспозито, LW (1988). «Физические свойства кольца дельты Урана от возможной волны плотности». Икар . 76 (3): 485–492. Bibcode : 1988Icar ... 76..485H . DOI : 10.1016 / 0019-1035 (88) 90016-4 .
  25. ^ a b c d Порко, Кэролайн, К .; Голдрайх, Питер (1987). «Пастырь уранских колец I: Кинематика». Астрономический журнал . 93 : 724–778. Bibcode : 1987AJ ..... 93..724P . DOI : 10.1086 / 114354 .
  26. ^ Б с д е е Хольберга, JB; Николсон, PD; Французский, RG; Эллиот, JL (1987). «Зонды звездного затмения Уранских колец на 0,1 и 2,2 мкм: сравнение результатов Voyager UVS и Земли». Астрономический журнал . 94 : 178–188. Bibcode : 1987AJ ..... 94..178H . DOI : 10.1086 / 114462 .
  27. ^ a b Френч, Ричард Д .; Эллиот, JL; Френч, Линда М .; и другие. (1988). «Орбиты колец Урана по наблюдениям с Земли и с помощью космических кораблей». Икар . 73 (2): 349–478. Bibcode : 1988Icar ... 73..349F . DOI : 10.1016 / 0019-1035 (88) 90104-2 .
  28. ^ Гиббард, SG; Де Патер, I .; Хаммель, HB (2005). «Адаптивная оптика ближнего инфракрасного диапазона для построения изображений спутников и отдельных колец Урана» . Икар . 174 (1): 253–262. Bibcode : 2005Icar..174..253G . DOI : 10.1016 / j.icarus.2004.09.008 .
  29. ^ Чан, Юджин I .; Культер, Кристофер Дж. (2003). «Трехмерная динамика узких планетарных колец». Астрофизический журнал . 599 (1): 675–685. arXiv : astro-ph / 0309248 . Bibcode : 2003ApJ ... 599..675C . DOI : 10.1086 / 379151 .
  30. ^ a b c Данн, Германия; Де Патер, I .; Стам, Д. (2010). «Моделирование урановых колец на 2,2 мкм: сравнение с данными Keck AO от июля 2004 года». Икар . 208 (2): 927–937. Bibcode : 2010Icar..208..927D . DOI : 10.1016 / j.icarus.2010.03.027 .
  31. ^ Стивен Баттерсби (2006). «Синее кольцо Урана связано со сверкающим льдом» . NewScientistSpace . Проверено 9 июня 2007 .
  32. ^ Сандерс, Роберт (2006-04-06). «Голубое кольцо обнаружено вокруг Урана» . Новости Калифорнийского университета в Беркли . Проверено 3 октября 2006 .
  33. ^ Голдрайх, Питер ; Тремейн, Скотт (1979). «К теории урановых колец». Природа . 277 (5692): 97–99. Bibcode : 1979Natur.277 ... 97G . DOI : 10.1038 / 277097a0 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Кольца Урана от NASA по исследованию солнечной системы
  • Информационный бюллетень о кольцах Урана
  • Хаббл обнаружил гигантские кольца и новые луны, окружающие Уран - пресс-релиз космического телескопа Хаббл (22 декабря 2005 г.)
  • Газетир планетарной номенклатуры - номенклатура колец и кольцевых зазоров (Уран), Геологическая служба США