✖


Jump to content

Кольца Урана

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

Кольца Урана по сложности занимают промежуточное положение между более обширным кольцом вокруг Сатурна и более простыми системами вокруг Юпитера и Нептуна . Кольца были открыты 10 Урана , Эдвардом В. марта 1977 года Джеймсом Л. Эллиотом Данэмом и Джессикой Минк . Уильям Гершель также сообщил о наблюдении колец в 1789 году; Современные астрономы разделились во мнениях относительно того, мог ли он их видеть, поскольку они очень темные и тусклые. [1]

К 1977 году было идентифицировано девять отдельных колец. Два дополнительных кольца были обнаружены в 1986 году на изображениях, полученных космическим кораблем «Вояджер-2» , а два внешних кольца были обнаружены в 2003–2005 годах на фотографиях космического телескопа Хаббл . В порядке увеличения расстояния от планеты 13 известных колец обозначены 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν и µ. Их радиусы варьируются от примерно 38 000 км для кольца 1986U2R/ζ до примерно 98 000 км для кольца μ. Между главными кольцами могут существовать дополнительные слабые пылевые полосы и неполные дуги. Кольца чрезвычайно темные — альбедо связи частиц колец не превышает 2%. Вероятно, они состоят из водяного льда с добавлением какой-то темной органики , обработанной радиацией .

Большинство колец Урана непрозрачны и имеют ширину всего несколько километров. В целом кольцевая система содержит мало пыли; состоит преимущественно из крупных тел диаметром от 20 см до 20 м. Некоторые кольца оптически тонкие: широкие и тусклые кольца 1986U2R/ζ, μ и ν состоят из мелких пылевых частиц, а узкое и слабое кольцо λ также содержит более крупные тела. Относительное отсутствие пыли в системе колец может быть связано с аэродинамическим сопротивлением со стороны протяженной экзосферы Урана .

Кольца Урана считаются относительно молодыми, их возраст не превышает 600 миллионов лет. Кольцевая система Урана, вероятно, возникла в результате столкновения нескольких спутников, когда-то существовавших вокруг планеты. После столкновения спутники, вероятно, распались на множество частиц, которые сохранились в виде узких и оптически плотных колец лишь в строго ограниченных зонах максимальной стабильности.

Механизм, ограничивающий узкие кольца, недостаточно изучен. Первоначально предполагалось, что каждое узкое кольцо имеет пару ближайших спутников-пастухов, которые загоняют его в форму. В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил только одну такую ​​пастушескую пару ( Корделию и Офелию ) вокруг самого яркого кольца (ε), хотя позже было обнаружено слабое ν, пасущееся между Порцией и Розалиндой . [2]

Открытие [ править ]

Первое упоминание о системе колец Урана содержится в записках Уильяма Гершеля, подробно описывающих его наблюдения за Ураном в 18 веке, которые включают следующий отрывок: «22 февраля 1789 года: было подозрение на наличие кольца». [1] Гершель нарисовал небольшую схему кольца и отметил, что оно «немного наклонено к красному». Телескоп Кек на Гавайях с тех пор подтвердил, что это так, по крайней мере, для кольца ν (nu). [3] Заметки Гершеля были опубликованы в журнале Королевского общества в 1797 году. В течение двух столетий между 1797 и 1977 годами кольца упоминались редко, если вообще упоминались. Это вызывает серьезные сомнения в том, мог ли Гершель увидеть что-либо подобное, в то время как сотни других астрономов ничего не видели. Утверждалось, что Гершель дал точные описания размера кольца ε относительно Урана, его изменений во время движения Урана вокруг Солнца и его цвета. [4]

Окончательное открытие колец Урана было сделано астрономами Джеймсом Л. Эллиотом , Эдвардом В. Данэмом и Джессикой Минк 10 марта 1977 года с использованием Воздушной обсерватории Койпера и было случайным . Они планировали использовать затмение планеты звезды SAO 158687 Ураном для изучения атмосферы . Когда их наблюдения были проанализированы, они обнаружили, что звезда ненадолго исчезала из поля зрения пять раз как до, так и после того, как ее затмила планета. Они пришли к выводу, что существовала система узких колец. [5] [6] Пять наблюдавшихся ими событий затмения в их статьях были обозначены греческими буквами α, β, γ, δ и ε. [5] С тех пор эти обозначения использовались в качестве названий колец. Позже они обнаружили еще четыре кольца: одно между кольцами β и γ и три внутри кольца α. [7] Первое было названо η-кольцом. Последние были названы кольцами 4, 5 и 6 — согласно нумерации событий затмений в одной статье. [8] Кольцевая система Урана была второй открытой в Солнечной системе после Сатурна . [9] В 1982 году, в пятую годовщину открытия колец, Уран вместе с восемью другими планетами, признанными в то время (т.е. включая Плутон ), выстроился на одной стороне Солнца . [10] [11]

Кольца были непосредственно сфотографированы, когда космический корабль «Вояджер-2» пролетал через систему Урана в 1986 году. [12] Были обнаружены еще два слабых кольца, в результате чего общее количество достигло одиннадцати. [12] обнаружил Космический телескоп Хаббл еще одну пару ранее невидимых колец в 2003–2005 годах, в результате чего общее известное число достигло 13. Открытие этих внешних колец удвоило известный радиус кольцевой системы. [13] Хаббл также впервые сделал снимки двух небольших спутников, один из которых, Mab , делит свою орбиту с самым дальним недавно обнаруженным кольцом μ. [14]

Общие свойства [ править ]

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

Как сейчас известно, кольцевая система Урана состоит из тринадцати отдельных колец. В порядке увеличения удаления от планеты это: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, µ колец. [13] Их можно разделить на три группы: девять узких основных колец (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), [9] два пыльных кольца (1986U2R/ζ, λ) [15] и два внешних кольца (ν, µ). [13] [16] Кольца Урана состоят в основном из макроскопических частиц и небольшого количества пыли . [17] хотя известно, что пыль присутствует в кольцах 1986U2R/ζ, η, δ, λ, ν и μ. [13] [15] Помимо этих хорошо известных колец, между ними могут существовать многочисленные оптически тонкие пылевые полосы и слабые кольца. [18] Эти слабые кольца и пылевые полосы могут существовать лишь временно или состоять из ряда отдельных дуг, которые иногда обнаруживаются во время покрытий . [18] Некоторые из них стали видны во время серии пересечений кольцевой плоскости в 2007 году. [19] При прямом рассеянии наблюдалось несколько пылевых полос между кольцами. [а] геометрия « Вояджера-2» . [12] Все кольца Урана демонстрируют азимутальные вариации яркости. [12]

Кольца изготовлены из очень темного материала. Геометрическое альбедо кольцевых частиц не превышает 5–6%, а альбедо Бонда еще ниже — около 2%. [17] [20] Частицы колец демонстрируют резкий всплеск противостояния — увеличение альбедо, когда фазовый угол близок к нулю. [17] Это означает, что их альбедо намного ниже, когда они наблюдаются немного дальше от оппозиции. [б] Кольца слегка красные в ультрафиолетовой и видимой частях спектра и серые в ближней инфракрасной области . [21] Они не проявляют никаких идентифицируемых спектральных особенностей . Химический состав кольцевых частиц неизвестен. Они не могут быть сделаны из чистого водяного льда, как кольца Сатурна, потому что они слишком темные, темнее, чем внутренние спутники Урана . [21] Это указывает на то, что они, вероятно, состоят из смеси льда и темного материала. Природа этого материала не ясна, но это могут быть органические соединения, значительно потемневшие под воздействием излучения заряженных частиц Урана из магнитосферы . Частицы колец могут состоять из тщательно обработанного материала, который изначально был похож на материал внутренних лун. [21]

В целом система колец Урана не похожа ни на слабые пыльные кольца Юпитера , ни на широкие и сложные кольца Сатурна , некоторые из которых состоят из очень яркого материала — водяного льда. [9] Есть сходство с некоторыми частями последней кольцевой системы; Сатурна Кольцо F и кольцо Урана ε узкие, относительно темные и находятся под присмотром пары спутников. [9] Недавно открытые внешние кольца ν и µ Урана подобны внешним кольцам G и E Сатурна . [22] Узкие локоны, существующие в широких кольцах Сатурна, также напоминают узкие кольца Урана. [9] Кроме того, пылевые полосы, наблюдаемые между главными кольцами Урана, могут быть похожи на кольца Юпитера. [15] 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. [15]

Узкие главные кольца [ править ]

кольцо ε (эпсилон) [ править ]

Кольцо ε Урана крупным планом.

Кольцо ε — самая яркая и плотная часть кольцевой системы Урана, на него приходится около двух третей света, отражаемого кольцами. [12] [21] Хотя это самое эксцентричное из колец Урана, оно имеет незначительный наклон орбиты . [23] Эксцентриситет кольца приводит к изменению его яркости на протяжении его орбиты. Радиально интегрированная яркость ε-кольца максимальна вблизи апоцентра и минимальна вблизи перицентра . [24] Соотношение максимальной/минимальной яркости составляет около 2,5–3,0. [17] Эти изменения связаны с изменениями ширины кольца, которая составляет 19,7 км в перицентре и 96,4 км в апоапсисе. [24] По мере того, как кольцо становится шире, количество затенений между частицами уменьшается, и в поле зрения появляется больше их, что приводит к более высокой интегрированной яркости. [20] Изменения ширины измерялись непосредственно по изображениям «Вояджера-2» , поскольку кольцо ε было одним из двух колец, разрешенных камерами «Вояджера». [12] Такое поведение указывает на то, что кольцо не является оптически тонким. Действительно, наблюдения за покрытием, проведенные с земли и космических аппаратов, показали, что его нормальная оптическая толщина [с] варьируется от 0,5 до 2,5, [24] [25] самый высокий вблизи периапсиса. Эквивалентная глубина [д] кольца ε составляет около 47 км и инвариантен относительно орбиты. [24]

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

Геометрическая толщина кольца ε точно не известна, хотя кольцо определенно очень тонкое — по некоторым оценкам, его толщина составляет 150 метров. [18] Несмотря на такую ​​бесконечно малую толщину, он состоит из нескольких слоев частиц. Кольцо ε представляет собой достаточно людное место с коэффициентом заполнения вблизи апоапсиса, оцениваемым по разным источникам от 0,008 до 0,06. [24] Средний размер кольцевых частиц 0,2–20,0 мкм, [18] а среднее расстояние примерно в 4,5 раза превышает их радиус. [24] Кольцо почти лишено пыли , возможно, из-за аэродинамического сопротивления расширенной атмосферной короны Урана. [3] Из-за своей толщины, как бритва, кольцо ε невидимо, если смотреть с ребра. Это произошло в 2007 году, когда наблюдалось пересечение кольцевой плоскости. [19]

Космический корабль « Вояджер -2» наблюдал странный сигнал от ε-кольца во время эксперимента по радиозатмению . [25] Сигнал выглядел как сильное усиление рассеяния вперед на длине волны 3,6 см вблизи апоапсиса кольца. Столь сильное рассеяние требует существования когерентной структуры. То, что ε-кольцо действительно имеет такую ​​тонкую структуру, было подтверждено многими наблюдениями затмений. [18] Кольцо ε, по-видимому, состоит из ряда узких и оптически плотных колец, некоторые из которых могут иметь неполные дуги. [18]

Известно, что кольцо ε имеет внутренние и внешние спутники-пастухи — Корделию и Офелию соответственно. [26] Внутренний край кольца находится в резонансе 24:25 с Корделией, а внешний край — в резонансе 14:13 с Офелией. [26] Массы спутников должны быть как минимум в три раза больше массы кольца, чтобы эффективно его удерживать. [9] Масса ε-кольца оценивается примерно в 10 16 кг. [9] [26]

δ (дельта) кольцо [ править ]

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

Кольцо δ круглое и слегка наклоненное. [23] Он демонстрирует значительные необъяснимые азимутальные изменения нормальной оптической глубины и ширины. [18] Одно из возможных объяснений состоит в том, что кольцо имеет азимутальную волнообразную структуру, возбуждаемую маленькой луной, находящейся прямо внутри него. [27] Острый внешний край кольца δ находится в резонансе 23:22 с Корделией. [28] Кольцо δ состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого внутреннего плеча с малой оптической толщиной. [18] Ширина узкой компоненты составляет 4,1–6,1 км, а эквивалентная глубина – около 2,2 км, что соответствует нормальной оптической толщине около 0,3–0,6. [24] Широкая часть кольца составляет около 10–12 км в ширину, а ее эквивалентная глубина близка к 0,3 км, что указывает на низкую нормальную оптическую толщину 3 × 10. −2 . [24] [29] Это известно только из данных о затмении, поскольку эксперимент по визуализации «Вояджера-2» не смог различить δ-кольцо. [12] [29] в геометрии прямого рассеяния При наблюдении «Вояджером-2» кольцо δ выглядело относительно ярким, что совместимо с присутствием пыли в его широкой составляющей. [12] Широкий компонент геометрически толще узкого компонента. Это подтверждается наблюдениями за событием пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда δ-кольцо оставалось видимым, что согласуется с поведением одновременно геометрически толстого и оптически тонкого кольца. [19]

γ (гамма) кольцо [ править ]

Кольцо γ узкое, оптически плотное и слегка эксцентричное. Наклонение ее орбиты практически равно нулю. [23] Ширина кольца варьируется в пределах 3,6–4,7 км, хотя эквивалентная оптическая глубина постоянна и составляет 3,3 км. [24] Нормальная оптическая толщина γ-кольца составляет 0,7–0,9. Во время пересечения плоскости кольца в 2007 году кольцо γ исчезло, что означает, что оно геометрически тонкое, как кольцо ε. [18] и без пыли. [19] Ширина и нормальная оптическая толщина γ-кольца демонстрируют значительные азимутальные изменения. [18] Механизм удержания такого узкого кольца неизвестен, но было замечено, что острый внутренний край γ-кольца находится в резонансе 6:5 с Офелией. [28] [30]

η (эта) кольцо [ править ]

Кольцо η имеет нулевой эксцентриситет и наклонение орбиты. [23] Как и δ-кольцо, оно состоит из двух компонентов: узкого оптически плотного компонента и широкого внешнего плеча с малой оптической толщиной. [12] Ширина узкой компоненты составляет 1,9–2,7 км, а эквивалентная глубина – около 0,42 км, что соответствует нормальной оптической толщине около 0,16–0,25. [24] Ширина широкой компоненты составляет около 40 км, а ее эквивалентная глубина близка к 0,85 км, что указывает на низкую нормальную оптическую толщину 2 × 10. −2 . [24] Это было обнаружено на изображениях «Вояджера-2» . [12] В пряморассеянном свете кольцо η выглядело ярким, что указывало на наличие в этом кольце значительного количества пыли, вероятно, в широком компоненте. [12] Широкая компонента значительно толще (геометрически), чем узкая. Этот вывод подтверждается наблюдениями за событием пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда кольцо η продемонстрировало повышенную яркость, став вторым по яркости объектом в кольцевой системе. [19] Это согласуется с поведением геометрически толстого, но одновременно оптически тонкого кольца. [19] Как и большинство других колец, кольцо η демонстрирует значительные азимутальные вариации нормальной оптической толщины и ширины. Узкая составляющая местами даже пропадает. [18]

α (альфа) и β (бета) кольца [ править ]

После кольца ε кольца α и β являются самыми яркими из колец Урана. [17] Как и кольцо ε, они имеют регулярные изменения яркости и ширины. [17] Они самые яркие и широкие в 30° от апоцентра , а самые тусклые и узкие — в 30° от периапсиса . [12] [31] Кольца α и β имеют значительный эксцентриситет орбит и немаловажный наклон. [23] Ширина этих колец составляет 4,8–10 км и 6,1–11,4 км соответственно. [24] Эквивалентные оптические глубины составляют 3,29 км и 2,14 км, что соответствует нормальным оптическим глубинам 0,3–0,7 и 0,2–0,35 соответственно. [24] Во время пересечения плоскости кольца в 2007 году кольца исчезли, а это означает, что они геометрически тонкие, как кольцо ε, и лишены пыли. [19] Это же событие выявило толстую и оптически тонкую полосу пыли сразу за пределами β-кольца, которую ранее наблюдал «Вояджер-2» . [12] Массы колец α и β оцениваются примерно в 5 × 10 15 кг (каждый) — половина массы ε-кольца. [32]

Кольца 6, 5 и 4 [ править ]

Кольца 6, 5 и 4 — самые внутренние и самые тусклые из узких колец Урана. [17] Это наиболее наклоненные кольца, а эксцентриситет их орбит самый большой, за исключением кольца ε. [23] Фактически их наклоны (0,06°, 0,05° и 0,03°) были достаточно велики, чтобы «Вояджер-2» мог наблюдать их возвышения над плоскостью экватора Урана, составлявшие 24–46 км. [12] Кольца 6, 5 и 4 также являются самыми узкими кольцами Урана: их ширина составляет 1,6–2,2 км, 1,9–4,9 км и 2,4–4,4 км соответственно. [12] [24] 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. [24] Их не было видно во время пересечения кольцевой плоскости в 2007 году из-за их узости и отсутствия пыли. [19]

Пыльные кольца [ править ]

Кольцо λ (лямбда) [ править ]

Длинная выдержка и большой фазовый угол (172,5°). [17] «Вояджером-2» Снимок внутренних колец Урана, сделанный . В рассеянном вперед свете можно увидеть пылевые полосы, не видимые на других изображениях, а также узнаваемые кольца.

Кольцо λ было одним из двух колец, открытых «Вояджером-2» в 1986 году. [23] Это узкое слабое кольцо, расположенное внутри кольца ε, между ним и спутником-пастухом Корделией . [12] Эта луна очищает темную полосу внутри кольца λ. Если смотреть в обратном рассеянном свете, [и] λ-кольцо чрезвычайно узкое — около 1–2 км — и имеет эквивалентную оптическую толщину 0,1–0,2 км на длине волны 2,2 мкм. [3] Нормальная оптическая толщина составляет 0,1–0,2. [12] [29] Оптическая толщина λ-кольца сильно зависит от длины волны, что нетипично для кольцевой системы Урана. Эквивалентная глубина достигает 0,36 км в ультрафиолетовой части спектра, что объясняет, почему кольцо λ первоначально было обнаружено только в УФ-затмениях звезд «Вояджером -2» . [29] Об обнаружении во время затмения звезды на длине волны 2,2 мкм было объявлено только в 1996 году. [3]

Внешний вид λ-кольца резко изменился, когда его наблюдали в пряморассеянном свете в 1986 году. [12] В этой геометрии кольцо стало самой яркой особенностью кольцевой системы Урана, затмив кольцо ε. [15] Это наблюдение вместе с зависимостью оптической толщины от длины волны указывает на то, что λ-кольцо содержит значительное количество пыли микрометрового размера. [15] Нормальная оптическая толщина этой пыли составляет 10 −4 –10 −3 . [17] Наблюдения в 2007 году телескопом Кека во время пересечения плоскости кольца подтвердили этот вывод, поскольку кольцо λ стало одной из самых ярких особенностей в кольцевой системе Урана. [19]

Детальный анализ изображений «Вояджера-2» выявил азимутальные вариации яркости λ-кольца. [17] Изменения кажутся периодическими, напоминающими стоячую волну . Происхождение этой тонкой структуры в λ-кольце остается загадкой. [15]

Кольцо 1986U2R/ζ (дзета) [ править ]

Изображение открытия кольца 1986U2R.

В 1986 году «Вояджер-2» обнаружил широкий и слабый слой материала внутри кольца 6. [12] Этому кольцу было присвоено временное обозначение 1986U2R. Он имел нормальную оптическую толщину 10 −3 или меньше и был чрезвычайно слабым. Считалось, что его можно увидеть только на одном изображении «Вояджера-2» . [12] пока повторный анализ данных «Вояджера» в 2022 году не выявил кольцо на изображениях после встречи. [33] Кольцо располагалось между 37 000 и 39 500 км от центра Урана, или всего лишь примерно в 12 000 км над облаками. [3] Его больше не наблюдали до 2003–2004 годов, когда телескоп Кека обнаружил широкий и слабый слой материала прямо внутри кольца 6. Это кольцо было названо ζ-кольцом. [3] Положение восстановленного ζ-кольца существенно отличается от наблюдаемого в 1986 году. Сейчас оно находится между 37 850 и 41 350 км от центра планеты. Существует постепенное затухание внутреннего расширения, достигающее как минимум 32 600 км. [3] или, возможно, даже на 27 000 км — в атмосферу Урана. Эти расширения называются кольцами ζ c и ζ cc соответственно. [34]

Кольцо ζ снова наблюдалось во время пересечения плоскости кольца в 2007 году, когда оно стало самой яркой особенностью кольцевой системы, затмив все остальные кольца вместе взятые. [19] Эквивалентная оптическая толщина этого кольца составляет около 1 км (0,6 км для расширения внутрь), тогда как нормальная оптическая толщина снова меньше 10 −3 . [3] Довольно разный внешний вид колец 1986U2R и ζ может быть обусловлен разной геометрией наблюдения: геометрией обратного рассеяния в 2003–2007 гг. и геометрией бокового рассеяния в 1986 г. [3] [19] Нельзя исключать изменения, произошедшие за последние 20 лет в распределении пыли, которая, как считается, преобладает на ринге. [19]

полосы пылевые Другие ​

Помимо колец 1986U2R/ζ и λ, в системе колец Урана есть и другие чрезвычайно слабые пылевые полосы. [12] Они невидимы во время затмений, поскольку имеют незначительную оптическую толщину, хотя в пряморассеянном свете они яркие. [15] Изображения рассеянного вперед света, полученные «Вояджером-2», показали существование ярких пылевых полос между кольцами λ и δ, между кольцами η и β, а также между α-кольцом и кольцом 4. [12] Многие из этих полос были снова обнаружены в 2003–2004 годах телескопом Кека и во время события пересечения плоскости кольца в 2007 году в обратно рассеянном свете, но их точное расположение и относительная яркость отличались от тех, что были во время наблюдений «Вояджера» . [3] [19] Нормальная оптическая толщина пылевых полос составляет около 10 −5 или меньше. Считается, что распределение частиц пыли по размерам подчиняется степенному закону с индексом p = 2,5 ± 0,5. [17]

Помимо отдельных пылевых полос система колец Урана оказывается погруженной в широкий и слабый слой пыли с нормальной оптической толщиной, не превышающей 10 −3 . [34]

кольца μ (внутри) и ν (из) [ править ]

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

В 2003–2005 годах космический телескоп «Хаббл» обнаружил пару ранее неизвестных колец, теперь называемых системой внешних колец, в результате чего число известных колец Урана достигло 13. [13] Эти кольца впоследствии были названы кольцами ц (мю) и ν (ню). [16] Кольцо μ является самым дальним из пары и находится в два раза дальше от планеты, чем яркое кольцо η. [13] Внешние кольца отличаются от внутренних узких колец во многих отношениях. Они широкие, шириной 17 000 и 3800 км соответственно, и очень слабые. Их пиковая нормальная оптическая толщина составляет 8,5 × 10. −6 и 5,4 × 10 −6 , соответственно. Полученные эквивалентные оптические глубины составляют 0,14 км и 0,012 км. Кольца имеют треугольные радиальные профили яркости. [13]

Пиковая яркость кольца μ(mu) лежит почти точно на орбите небольшого спутника Урана Маб , который, вероятно, является источником частиц кольца. [13] [14] Кольцо ν (ню) расположено между Порцией и Розалиндой и не содержит внутри себя никаких спутников. [13] Повторный анализ «Вояджером-2», изображений рассеянного вперед света, сделанных ясно выявляет кольца μ и ν. В этой геометрии кольца намного ярче, что указывает на то, что они содержат много микрометровой пыли. [13] Внешние кольца Урана могут быть похожи на кольца G и E Сатурна, поскольку кольцо E чрезвычайно широкое и в него попадает пыль с Энцелада . [13] [14]

Кольцо μ может состоять целиком из пыли, вообще без каких-либо крупных частиц. Эту гипотезу подтверждают наблюдения, проведенные телескопом Кека, который не смог обнаружить кольцо μ в ближнем инфракрасном диапазоне на длине волны 2,2 мкм, но обнаружил кольцо ν. [22] Этот сбой означает, что кольцо μ имеет синий цвет, что, в свою очередь, указывает на то, что внутри него преобладает очень мелкая (субмикрометровая) пыль. [22] Пыль может состоять из водяного льда. [35] Напротив, кольцо ν имеет слегка красный цвет. [22] [36]

и происхождение ​ Динамика

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

Выдающейся проблемой физики, управляющей узкими кольцами Урана, является их удержание. Без какого-либо механизма, удерживающего частицы вместе, кольца быстро разошлись бы в радиальном направлении. [9] Время жизни колец Урана без такого механизма не может составлять более 1 миллиона лет. [9] Наиболее широко цитируемая модель такого заключения, первоначально предложенная Голдрейхом и Тремейном , [37] заключается в том, что пара ближайших спутников, внешний и внутренний пастыри, гравитационно взаимодействуют с кольцом и действуют как стоки и доноры соответственно для избыточного и недостаточного углового момента (или, что то же самое, энергии). Таким образом, пастухи удерживают частицы кольца на месте, но сами постепенно удаляются от кольца. [9] Для эффективности массы пастухов должны превышать массу кольца хотя бы в два-три раза. Известно, что этот механизм работает в случае ε-кольца, где Корделия и Офелия . пастухами служат [28] Корделия также является внешним пастырем кольца δ, а Офелия — внешним пастырем кольца γ. [28] В окрестностях других колец не известно ни одного спутника размером более 10 км. [12] Текущее расстояние Корделии и Офелии от кольца ε можно использовать для оценки возраста кольца. Расчеты показывают, что ε-кольцо не может быть старше 600 миллионов лет. [9] [26]

Поскольку кольца Урана кажутся молодыми, они должны постоянно обновляться за счет столкновительной фрагментации более крупных тел. [9] Оценки показывают, что время жизни спутника такого размера, как у Пака, до коллизионного разрушения составляет несколько миллиардов лет. Срок службы меньшего спутника намного короче. [9] Следовательно, все нынешние внутренние спутники и кольца могут быть продуктами разрушения нескольких спутников размером с Пак за последние четыре с половиной миллиарда лет. [26] Каждое такое разрушение запускало бы каскад столкновений, который быстро измельчал бы почти все крупные тела на гораздо более мелкие частицы, включая пыль. [9] В конце концов большая часть массы была потеряна, и частицы выживали только в положениях, стабилизированных взаимными резонансами и перемещением. Конечным продуктом такой разрушительной эволюции стала бы система узких колец. В настоящее время несколько лун все еще должны находиться внутри колец. Максимальный размер таких лун, вероятно, составляет около 10 км. [26]

Происхождение пылевых полос менее проблематично. Пыль имеет очень короткий срок жизни, 100–1000 лет, и должна постоянно пополняться за счет столкновений между более крупными кольцевыми частицами, лунами и метеороидами из-за пределов системы Урана. [15] [26] Пояса родительских лун и частиц сами по себе невидимы из-за их низкой оптической толщины, а пыль проявляется в рассеянном вперед свете. [26] Ожидается, что узкие главные кольца и лунные пояса, создающие пылевые полосы, будут различаться по гранулометрическому составу. Основные кольца имеют тела размером от сантиметра до метра. Такое распределение увеличивает площадь поверхности материала в кольцах, что приводит к высокой оптической плотности обратно рассеянного света. [26] Напротив, в пылевых полосах относительно мало крупных частиц, что приводит к низкой оптической толщине. [26]

Исследование [ править ]

Кольца были тщательно исследованы космическим кораблем «Вояджер-2» в январе 1986 года. [23] Были обнаружены два новых слабых кольца — λ и 1986U2R, в результате чего общее известное на тот момент число достигло одиннадцати. Кольца изучались путем анализа результатов радио, [25] ультрафиолет [29] и оптические затемнения. [18] «Вояджер-2» наблюдал кольца различной геометрии относительно Солнца, получая изображения в обратно-рассеянном, прямо-рассеянном и боковом рассеянии свете. [12] Анализ этих изображений позволил получить полную фазовую функцию, геометрическое альбедо и альбедо Бонда кольцевых частиц. [17] Два кольца — ε и η — были разрешены на изображениях, обнаруживающих сложную тонкую структуру. [12] Анализ изображений «Вояджера» также привел к открытию одиннадцати внутренних спутников Урана , в том числе двух спутников-пастухов кольца ε — Корделии и Офелии. [12]

Список свойств [ править ]

В этой таблице обобщены свойства планетарной кольцевой системы Урана .

Имя кольца Радиус (км) [ф] Ширина (км) [ф] уравнение глубина (км) [д] [г] Н. Опт. глубина [с] [час] Толщина (м) [я] И т. д. [Дж] Вкл.(°) [Дж] Примечания
ζ куб.см 26 840–34 890 8 000 0.8 ~ 0.001 ? ? ? Расширение ζ c кольца внутрь
ζ с 34 890–37 850 3 000 0.6 ~ 0.01 ? ? ? Расширение кольца ζ внутрь
1986U2R 37 000–39 500 2 500 <2,5 < 0,01 ? ? ? Слабое пыльное кольцо
г 37 850–41 350 3 500 1 ~ 0.01 ? ? ?
6 41 837 1.6–2.2 0.41 0.18–0.25 ? 0.0010 0.062
5 42 234 1.9–4.9 0.91 0.18–0.48 ? 0.0019 0.054
4 42 570 2.4–4.4 0.71 0.16–0.30 ? 0.0011 0.032
а 44 718 4.8–10.0 3.39 0.3–0.7 ? 0.0008 0.015
б 45 661 6.1–11.4 2.14 0.20–0.35 ? 0.0040 0.005
или 47 175 1.9–2.7 0.42 0.16–0.25 ? 0 0.001
η с 47 176 40 0.85 0.2 ? 0 0.001 Внешний широкий компонент кольца η
с 47 627 3.6–4.7 3.3 0.7–0.9 150? 0.001 0.002
δ с 48 300 10–12 0.3 0.3 ? 0 0.001 Внутренний широкий компонент δ-кольца
д 48 300 4.1–6.1 2.2 0.3–0.6 ? 0 0.001
л 50 023 1–2 0.2 0.1–0.2 ? 0? 0? Слабое пыльное кольцо
е 51 149 19.7–96.4 47 0.5–2.5 150? 0.0079 0 Под опекой Корделии и Офелии
н 66 100–69 900 3 800 0.012 0.000054 ? ? ? Между Порцией и Розалиндой пик яркости на высоте 67 300 км.
м 86 000–103 000 17 000 0.14 0.000085 ? ? ? На Маб пиковая яркость на высоте 97 700 км.

Примечания [ править ]

  1. ^ Свет, рассеянный вперед, — это свет, рассеянный под небольшим углом относительно солнечного света ( фазовый угол около 180°).
  2. ^ Оппозиция выключена означает, что угол между направлением объекта-Солнца и направлением объекта-Земли не равен нулю.
  3. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Нормальная оптическая толщина кольца τ — это отношение полного геометрического сечения частиц кольца к площади кольца. Он принимает значения от нуля до бесконечности. Световой луч, проходящий нормально через кольцо, будет ослабляться в е раз. -т . [17]
  4. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Эквивалентная глубина ED кольца определяется как интеграл от нормальной оптической толщины поперек кольца. Другими словами, ED=∫τdr, где r — радиус. [3]
  5. ^ Обратно-рассеянный свет — это свет, рассеянный под углом, близким к 180°, относительно солнечного света ( фазовый угол, близкий к 0°).
  6. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Радиусы колец 6,5,4, α, β, η, γ, δ, λ и ε были взяты из Esposito et al., 2002. [9] Ширина колец 6,5,4, α, β, η, γ, δ и ε взята из Karkoshka et al., 2001. [24] Радиусы и ширины колец ζ и 1986U2R взяты из работы de Pater et al., 2006. [3] Ширина кольца λ взята из Holberg et al., 1987. [29] Радиусы и ширины колец μ и ν были взяты из Showalter et al., 2006. [13]
  7. ^ Эквивалентная глубина колец 1986U2R и ζ c /ζ cc является произведением их ширины и нормальной оптической толщины. Эквивалентные глубины колец 6,5,4, α, β, η, γ, δ и ε были взяты из Каркошки и др., 2001. [24] Эквивалентные глубины колец λ и ζ, µ и ν получены с использованием значений µEW из de Pater et al., 2006. [3] и де Патер и др., 2006b, [22] соответственно. Значения цЭВ для этих колец были умножены на коэффициент 20, что соответствует предполагаемому альбедо частиц кольца, равному 5%.
  8. ^ Нормальные оптические толщины всех колец, кроме ζ, ζ c , ζ cc , ​​1986U2R, µ и ν, рассчитывались как отношения эквивалентных глубин к ширинам. Нормальная оптическая толщина кольца 1986U2R была взята из работы de Smith et al., 1986. [12] Нормальные оптические толщины колец μ и ν представляют собой максимальные значения из Showalter et al., 2006: [13] тогда как нормальная оптическая толщина колец ζ, ζ c и ζ cc взята из Dunn et al., 2010. [34]
  9. ^ Оценки толщины взяты из Lane et al., 1986. [18]
  10. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Эксцентриситет и наклон колец были взяты из Stone et al., 1986 и French et al., 1989. [23] [30]

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Ринкон, Пол (18 апреля 2007 г.). «Кольца Урана «были замечены в 1700-х годах »» . Новости Би-би-си . Проверено 23 января 2012 г. (повторное исследование Стюарта Ивса)
  2. ^ Филаккьоне и Чиарниелло (2021) «Кольца», Геологическая энциклопедия , 2-е издание, INAF-IAPS, Рим
  3. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м де Патер, Имке; Гиббард, Серан Г.; Хаммель, HB (2006). «Эволюция пыльных колец Урана». Икар . 180 (1): 186–200. Бибкод : 2006Icar..180..186D . дои : 10.1016/j.icarus.2005.08.011 .
  4. ^ «Открыл ли Уильям Гершель кольца Урана в 18 веке?» . Физорг.com . 2007 . Проверено 20 июня 2007 г.
  5. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Эллиот, Дж.Л.; Данэм, Э; Минк, Д. (1977). «Затмение САО – 15 86687 поясом спутников Урана» . Международный астрономический союз, Циркуляр № 3051.
  6. ^ Эллиот, Дж.Л.; Данэм, Э.; Минк, Д. (1977). «Кольца Урана». Природа . 267 (5609): 328–330. Бибкод : 1977Natur.267..328E . дои : 10.1038/267328a0 . S2CID   4194104 .
  7. ^ Николсон, доктор медицинских наук; Перссон, SE; Мэтьюз, К.; и др. (1978). «Кольца Урана: результаты покрытий 10 апреля 1978 года» (PDF) . Астрономический журнал . 83 : 1240–1248. Бибкод : 1978AJ.....83.1240N . дои : 10.1086/112318 .
  8. ^ Миллис, РЛ; Вассерман, Л.Х. (1978). «Покрытие BD −15 3969 года кольцами Урана» . Астрономический журнал . 83 : 993–998. Бибкод : 1978AJ.....83..993M . дои : 10.1086/112281 .
  9. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Эспозито, LW (2002). «Планетарные кольца». Отчеты о прогрессе в физике . 65 (12): 1741–1783. Бибкод : 2002РПФ...65.1741Е . дои : 10.1088/0034-4885/65/12/201 . S2CID   250909885 .
  10. ^ «Идеи и тенденции вкратце; все в порядке, чтобы выйти сейчас» . Нью-Йорк Таймс . 14 марта 1982 года . Проверено 10 марта 2024 г.
  11. ^ Эффект Юпитера .
  12. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х и С аа Смит, бакалавр; Содерблом, Луизиана; Биб, А.; Блисс, Д.; Бойс, Дж. М.; Брагич, А.; Бриггс, Джорджия; Браун, Р.Х.; Коллинз, ЮАР (4 июля 1986 г.). «Вояджер-2 в системе Урана: результаты научных исследований» . Наука (Представлена ​​рукопись). 233 (4759): 43–64. Бибкод : 1986Sci...233...43S . дои : 10.1126/science.233.4759.43 . ПМИД   17812889 . S2CID   5895824 .
  13. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м Шоуолтер, Марк Р.; Лиссауэр, Джек Дж. (17 февраля 2006 г.). «Вторая система Кольцо-Луна Урана: открытие и динамика» . Наука . 311 (5763): 973–977. Бибкод : 2006Sci...311..973S . дои : 10.1126/science.1122882 . ПМИД   16373533 . S2CID   13240973 .
  14. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с «Хаббл НАСА открывает новые кольца и спутники вокруг Урана» . Хабблсайт . 2005 . Проверено 9 июня 2007 г.
  15. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я Бернс, Дж.А.; Гамильтон, ДП; Шоуолтер, MR (2001). «Пыльные кольца и околопланетная пыль: наблюдения и простая физика» (PDF) . Ин Грюн, Э.; Густафсон, БАС; Дермотт, Северная Каролина; Фехтиг Х. (ред.). Межпланетная пыль . Берлин: Шпрингер. стр. 641–725.
  16. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Шоуолтер, Марк Р.; Лиссауэр, Джей Джей; французский, РГ; и др. (2008). «Внешние пылевые кольца Урана в космическом телескопе Хаббл». Встреча №39 ААА/Отдела динамической астрономии . 39 :16.02. Бибкод : 2008DDA....39.1602S .
  17. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м Оккерт, Мэн; Куцци, Дж. Н.; Порко, CC; Джонсон, ТВ (1987). «Фотометрия колец Урана: результаты «Вояджера-2». Журнал геофизических исследований . 92 (А13): 14, 969–78. Бибкод : 1987JGR....9214969O . дои : 10.1029/JA092iA13p14969 .
  18. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м Лейн, Артур Л.; Хорд, Чарльз В.; Уэст, Роберт А.; и др. (1986). «Фотометрия с «Вояджера-2»: первоначальные результаты по атмосфере, спутникам и кольцам Урана». Наука . 233 (4759): 65–69. Бибкод : 1986Sci...233...65L . дои : 10.1126/science.233.4759.65 . ПМИД   17812890 . S2CID   3108775 .
  19. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м де Патер, Имке ; Хаммель, HB; Шоуолтер, Марк Р.; Ван Дам, Маркос А. (2007). «Темная сторона колец Урана» (PDF) . Наука . 317 (5846): 1888–1890. Бибкод : 2007Sci...317.1888D . дои : 10.1126/science.1148103 . ПМИД   17717152 . S2CID   23875293 . Архивировано из оригинала (PDF) 03 марта 2019 г.
  20. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Каркошка, Эрих (1997). «Кольца и спутники Урана: красочные и не такие темные». Икар . 125 (2): 348–363. Бибкод : 1997Icar..125..348K . дои : 10.1006/icar.1996.5631 .
  21. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Бейнс, Кевин Х.; Янамандра-Фишер, Падмавати А.; Лебофски, Ларри А.; и др. (1998). «Абсолютное фотометрическое изображение системы Урана в ближнем инфракрасном диапазоне» (PDF) . Икар . 132 (2): 266–284. Бибкод : 1998Icar..132..266B . дои : 10.1006/icar.1998.5894 .
  22. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и деПатер, Имке; Хаммель, Хайди Б.; Гиббард, Серан Г.; Шоуолтер, Марк Р. (2006). «Новые пылевые пояса Урана: одно кольцо, два кольца, красное кольцо, синее кольцо» (PDF) . Наука . 312 (5770): 92–94. Бибкод : 2006Sci...312...92D . дои : 10.1126/science.1125110 . ОСТИ   957162 . ПМИД   16601188 . S2CID   32250745 . Архивировано из оригинала (PDF) 03 марта 2019 г.
  23. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я Стоун, ЕС; Майнер, ЭД (1986). «Встреча «Вояджера-2» с системой Урана». Наука . 233 (4759): 39–43. Бибкод : 1986Sci...233...39S . дои : 10.1126/science.233.4759.39 . ПМИД   17812888 . S2CID   32861151 .
  24. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д Каркошка, Эрих (2001). «Фотометрическое моделирование Эпсилон-кольца Урана и расположения его частиц». Икар . 151 (1): 78–83. Бибкод : 2001Icar..151...78K . дои : 10.1006/icar.2001.6598 .
  25. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Тайлер, Дж.Л.; Свитнэм, DN; Андерсон, доктор медицинских наук; и др. (1986). «Радионаучные наблюдения Уранской системы с помощью «Вояджера-2»: атмосфера, кольца и спутники». Наука . 233 (4759): 79–84. Бибкод : 1986Sci...233...79T . дои : 10.1126/science.233.4759.79 . ПМИД   17812893 . S2CID   1374796 .
  26. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж Эспозито, LW; Колвелл, Джошуа Э. (1989). «Создание колец Урана и пылевых полос». Природа . 339 (6226): 605–607. Бибкод : 1989Natur.339..605E . дои : 10.1038/339605a0 . S2CID   4270349 .
  27. ^ Хорн, Эл Джей; Лейн, Алабама; Янамандра-Фишер, Пенсильвания; Эспозито, LW (1988). «Физические свойства дельта-кольца Урана по возможной волне плотности». Икар . 76 (3): 485–492. Бибкод : 1988Icar...76..485H . дои : 10.1016/0019-1035(88)90016-4 .
  28. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д Порко, Кэролайн, К.; Гольдрайх, Питер (1987). «Пастырство колец Урана I: Кинематика» . Астрономический журнал . 93 : 724–778. Бибкод : 1987AJ.....93..724P . дои : 10.1086/114354 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  29. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с д и ж Хольберг, Дж.Б.; Николсон, доктор медицинских наук; французский, РГ; Эллиот, Дж. Л. (1987). «Зонды звездного затмения колец Урана на расстоянии 0,1 и 2,2 мкм: сравнение результатов UVS «Вояджера» и земных результатов» . Астрономический журнал . 94 : 178–188. Бибкод : 1987AJ.....94..178H . дои : 10.1086/114462 .
  30. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Френч, Ричард Д.; Эллиот, Дж.Л.; Френч, Линда М.; и др. (1988). «Орбиты колец Урана по данным наземных наблюдений и наблюдений затмения «Вояджеров». Икар . 73 (2): 349–478. Бибкод : 1988Icar...73..349F . дои : 10.1016/0019-1035(88)90104-2 .
  31. ^ Гиббард, СГ; Де Патер, И.; Хаммель, HB (2005). «Адаптивная оптика ближнего инфракрасного диапазона: изображения спутников и отдельных колец Урана» . Икар . 174 (1): 253–262. Бибкод : 2005Icar..174..253G . дои : 10.1016/j.icarus.2004.09.008 .
  32. ^ Чан, Юджин И.; Калтер, Кристофер Дж. (2003). «Трехмерная динамика узких планетарных колец». Астрофизический журнал . 599 (1): 675–685. arXiv : astro-ph/0309248 . Бибкод : 2003ApJ...599..675C . дои : 10.1086/379151 . S2CID   5103017 .
  33. ^ «Любитель нашел новые изображения колец Урана на данных 35-летней давности» . Небо и телескоп . 20 октября 2022 г. Проверено 7 ноября 2022 г.
  34. ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б с Данн, Делавэр; Де Патер, И.; Стэм, Д. (2010). «Моделирование урановых колец на высоте 2,2 мкм: сравнение с данными АО Кек за июль 2004 г.». Икар . 208 (2): 927–937. Бибкод : 2010Icar..208..927D . дои : 10.1016/j.icarus.2010.03.027 .
  35. ^ Стивен Баттерсби (2006). «Голубое кольцо Урана, связанное со сверкающим льдом» . НовыйScientistSpace . Проверено 9 июня 2007 г.
  36. ^ Сандерс, Роберт (6 апреля 2006 г.). «Вокруг Урана обнаружено голубое кольцо» . Новости Калифорнийского университета в Беркли . Проверено 3 октября 2006 г.
  37. ^ Гольдрайх, Питер ; Тремейн, Скотт (1979). «К теории урановых колец». Природа . 277 (5692): 97–99. Бибкод : 1979Natur.277...97G . дои : 10.1038/277097a0 . S2CID   4232962 .

Внешние ссылки [ править ]

Retrieved from "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Rings_of_Uranus&oldid=1220224103"
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3272756b750a65f89f7399f1a5d1acaf__1713786480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/32/af/3272756b750a65f89f7399f1a5d1acaf.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Rings of Uranus - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)