Ringsystemet

Uranus’ ringe var de første, der blev fundet omkring en anden planet end Saturn. Den amerikanske astronom James L. Elliot og kolleger opdagede ringsystemet fra Jorden i 1977, ni år før Voyager 2’s møde, under en stjernedækkelse af Uranus – dvs. da planeten passerede mellem en stjerne og Jorden og midlertidigt blokerede stjernens lys. Uventet observerede de, at stjernen fem gange kortvarigt blev dæmpet i en betydelig afstand over Uranus’ atmosfære både før og efter planetens okkultation af stjernen. Lysdæmpningerne viste, at planeten var omgivet af fem smalle ringe. Senere jordbaserede observationer afslørede yderligere fire ringe. Voyager 2 opdagede en 10. ring og fandt tegn på andre ringe. Udadtil fra Uranus hedder de 10 ringe 6, 5, 4, Alpha, Beta, Eta, Gamma, Delta, Lambda og Epsilon. Den besværlige nomenklatur opstod, da de nye ringe blev fundet på steder, der ikke passede ind i den oprindelige nomenklatur. Karakteristika for ringene er angivet i tabellen.

Ringene er smalle og ret uigennemsigtige. De observerede bredder er simpelthen de radiale afstande mellem begyndelsen og slutningen af de enkelte dæmpningshændelser. Ækvivalente bredder er produktet (mere præcist, integralet) af den radiale afstand og den brøkdel af stjernelyset, der er blokeret. Det forhold, at de ækvivalente bredder generelt er mindre end de observerede bredder, tyder på, at ringene ikke er helt uigennemsigtige. En kombination af lysstyrken af ringene observeret på Voyager-billederne med de ækvivalente bredder fra okkultationer viser, at ringpartiklerne reflekterer mindre end 5 procent af det indfaldende sollys. Deres næsten flade refleksionsspektrum betyder, at partiklerne grundlæggende er grå i farven. Almindelig sod, som hovedsagelig består af kulstof, er den nærmeste jordiske analogi. Det vides ikke, om kulstoffet kommer fra mørkfarvning af metan ved partikelbombardement eller om det er indbygget i ringpartiklerne.

Spredningseffekterne på Voyagers radiosignal, der udbredes gennem ringene til Jorden, afslørede, at ringene hovedsageligt består af store partikler, objekter, der er større end 140 cm (4,6 fod) i diameter. Spredning af sollyset, da Voyager var på den anden side af ringene og rettede sit kamera tilbage mod solen, afslørede også små støvpartikler i mikrometerstørrelsen. Der blev kun fundet en lille mængde støv i hovedringene. De fleste af de mikroskopiske partikler var i stedet fordelt i mellemrummene mellem hovedringene, hvilket tyder på, at ringene mister masse som følge af kollisioner. Støvets levetid i kredsløb om Uranus er begrænset af den modstandskraft, der udøves af planetens udstrakte atmosfære og af strålingstrykket fra sollyset; støvpartiklerne drives til lavere baner og falder til sidst ned i den uraniske atmosfære. De beregnede levetider i kredsløb er så korte – 1.000 år – at støvet må dannes hurtigt og kontinuerligt. Uranus’ atmosfæriske modstandskraft synes at være så stor, at de nuværende ringe i sig selv kan være kortlivede. Hvis det er tilfældet, blev ringene ikke dannet sammen med Uranus, og deres oprindelse og historie er ukendt.

Kollisioner mellem de tætpakkede ringpartikler ville naturligt føre til en forøgelse af ringernes radiale bredde. Måner, der er mere massive end ringene, kan standse denne spredning i en proces, der kaldes shepherding. Visse baner, der ligger inden for eller uden for en given rings bane, har den rette radius til, at en måne i en sådan bane kan etablere en stabil dynamisk resonans med ringpartiklerne. Betingelsen for resonans er, at månens og ringpartiklernes omløbstider er relateret til hinanden i et forhold af små hele tal. Når månen og partiklerne passerer hinanden med jævne mellemrum i denne form for forhold, vekselvirker de gravitationelt på en måde, der har tendens til at opretholde regelmæssigheden i møderne. Månen udøver et nettodrejningsmoment på ringen, og efterhånden som månen og ringen udveksler vinkelmoment, spredes energi ved kollisioner mellem ringpartiklerne. Resultatet er, at månen og ringpartiklerne frastøder hinanden. Det legeme, der befinder sig i den ydre bane, bevæger sig udad, mens det legeme, der befinder sig i den indre bane, bevæger sig indad. Fordi månen er meget mere massiv end ringen, forhindrer den ringen i at sprede sig over den radius, hvor resonans opstår. Et par hyrde-måner, en på hver side af en ring, kan opretholde dens smalle bredde.

Voyager 2 fandt ud af, at de to inderste måner, Cordelia og Ophelia, kredser på hver side af Epsilon-ringen med præcis de rigtige radier, der kræves for hyrdning. Der blev ikke observeret hyrder for de andre ringe, måske fordi månerne er for små til at kunne ses på Voyager-billederne. Små måner kan også være reservoirer, der leverer det støv, der forlader ringsystemet.