El sistema de anillos

Los anillos de Urano fueron los primeros que se encontraron alrededor de un planeta distinto de Saturno. El astrónomo estadounidense James L. Elliot y sus colegas descubrieron el sistema de anillos desde la Tierra en 1977, nueve años antes del encuentro con la Voyager 2, durante una ocultación estelar de Urano, es decir, cuando el planeta pasó entre una estrella y la Tierra, bloqueando temporalmente la luz de la estrella. Inesperadamente, observaron que la estrella se oscureció brevemente cinco veces a una distancia considerable por encima de la atmósfera de Urano, tanto antes como después de que el planeta ocultara la estrella. Las caídas de brillo indicaban que el planeta estaba rodeado por cinco anillos estrechos. Posteriores observaciones desde la Tierra revelaron cuatro anillos más. El Voyager 2 detectó un décimo anillo y encontró indicios de otros. Hacia el exterior de Urano, los 10 se denominan 6, 5, 4, Alfa, Beta, Eta, Gamma, Delta, Lambda y Épsilon. La engorrosa nomenclatura surgió al encontrarse los nuevos anillos en lugares que no se ajustaban a la nomenclatura original. Las características de los anillos se indican en la tabla.

Los anillos son estrechos y bastante opacos. Las anchuras observadas son simplemente las distancias radiales entre el principio y el final de los eventos individuales de oscurecimiento. Las anchuras equivalentes son el producto (más precisamente, la integral) de la distancia radial y la fracción de luz estelar bloqueada. El hecho de que las anchuras equivalentes sean generalmente menores que las observadas indica que los anillos no son completamente opacos. La combinación del brillo de los anillos observados en las imágenes del Voyager con las anchuras equivalentes de las ocultaciones muestra que las partículas de los anillos reflejan menos del 5 por ciento de la luz solar incidente. Su espectro de reflectancia casi plano significa que las partículas son básicamente de color gris. El hollín ordinario, que es mayoritariamente carbono, es el análogo terrestre más cercano. No se sabe si el carbono proviene del oscurecimiento del metano por el bombardeo de partículas o es intrínseco a las partículas de los anillos.

Los efectos de dispersión en la señal de radio de la Voyager propagada a través de los anillos hasta la Tierra revelaron que los anillos están formados en su mayoría por partículas grandes, objetos de más de 140 cm (4,6 pies) de diámetro. La dispersión de la luz solar cuando la Voyager estaba en el lado más lejano de los anillos y apuntaba su cámara hacia el Sol también reveló pequeñas partículas de polvo en el rango de tamaño de los micrómetros. Sólo se encontró una pequeña cantidad de polvo en los anillos principales. En cambio, la mayoría de las partículas microscópicas estaban distribuidas en los espacios entre los anillos principales, lo que sugiere que los anillos están perdiendo masa como resultado de las colisiones. El tiempo de vida del polvo en órbita alrededor de Urano está limitado por el arrastre ejercido por la extensa atmósfera del planeta y por la presión de la radiación de la luz solar; las partículas de polvo son impulsadas a órbitas más bajas y acaban cayendo en la atmósfera uraniana. Las vidas orbitales calculadas son tan cortas -1.000 años- que el polvo debe crearse rápida y continuamente. El arrastre atmosférico de Urano parece ser tan grande que los propios anillos actuales pueden ser de corta duración. Si es así, los anillos no se formaron con Urano, y su origen e historia son desconocidos.

Las colisiones entre las partículas de los anillos fuertemente empaquetadas conducirían naturalmente a un aumento de la anchura radial de los anillos. Las lunas más masivas que los anillos pueden detener esta propagación en un proceso llamado pastoreo. Ciertas órbitas que se encuentran dentro o fuera de la órbita de un anillo determinado tienen el radio adecuado para que una luna en dicha órbita establezca una resonancia dinámica estable con las partículas del anillo. La condición para la resonancia es que los periodos orbitales de la luna y de las partículas del anillo estén relacionados entre sí en la proporción de números enteros pequeños. En este tipo de relación, cuando la luna y las partículas se cruzan periódicamente, interactúan gravitatoriamente de forma que tienden a mantener la regularidad de los encuentros. La luna ejerce un par neto sobre el anillo y, a medida que la luna y el anillo intercambian su momento angular, la energía se disipa mediante colisiones entre las partículas del anillo. El resultado es que las partículas de la luna y del anillo se repelen. El cuerpo que está en la órbita exterior se desplaza hacia fuera, mientras que el que está en la órbita interior se desplaza hacia dentro. Como la luna es mucho más masiva que el anillo, impide que éste se extienda por el radio en el que se produce la resonancia. Un par de lunas pastoras, una a cada lado de un anillo, puede mantener su estrecha anchura.

Voyager 2 descubrió que las dos lunas más internas, Cordelia y Ofelia, orbitan a cada lado del anillo Epsilon con los radios exactos necesarios para el pastoreo. No se observaron pastores para los otros anillos, quizás porque las lunas son demasiado pequeñas para ser vistas en las imágenes del Voyager. Las lunas pequeñas también pueden ser depósitos que suministran el polvo que sale del sistema de anillos.