O sistema de anéis

Os anéis de Urano foram os primeiros a serem encontrados em torno de um planeta que não Saturno. O astrônomo americano James L. Elliot e colegas descobriram o sistema de anéis da Terra em 1977, nove anos antes do encontro da Voyager 2, durante uma ocultação estelar por Urano – ou seja, quando o planeta passou entre uma estrela e a Terra, bloqueando temporariamente a luz da estrela. Inesperadamente, eles observaram a estrela escurecer brevemente cinco vezes a alguma distância considerável acima da atmosfera de Urano, tanto antes como depois de o planeta ter ocultado a estrela. Os mergulhos de brilho indicavam que o planeta estava rodeado por cinco anéis estreitos. Observações posteriores baseadas na Terra revelaram quatro anéis adicionais. A Voyager 2 detectou um 10º anel e encontrou indicações de outros. Para fora de Urano, os 10 são chamados 6, 5, 4, Alfa, Beta, Eta, Gama, Delta, Lambda e Epsilon. A nomenclatura incômoda surgiu quando os novos anéis foram encontrados em lugares que não se enquadravam na nomenclatura original. As características dos anéis são dadas na tabela.

Os anéis são estreitos e bastante opacos. As larguras observadas são simplesmente as distâncias radiais entre o início e o fim dos eventos individuais de escurecimento. As larguras equivalentes são o produto (mais precisamente, a integral) da distância radial e a fração de luz estelar bloqueada. O facto de as larguras equivalentes serem geralmente inferiores às larguras observadas indica que os anéis não são completamente opacos. A combinação do brilho dos anéis observados nas imagens Voyager com as larguras equivalentes das ocultas mostra que as partículas dos anéis refletem menos de 5% da luz solar incidente. Seu espectro de reflexão quase plano significa que as partículas são basicamente de cor cinza. A fuligem comum, que é principalmente carbono, é o análogo terrestre mais próximo. Não se sabe se o carbono vem do escurecimento do metano por bombardeamento de partículas ou se é intrínseco às partículas do anel.

Os efeitos de dispersão no sinal de rádio da Voyager propagado através dos anéis para a Terra revelaram que os anéis consistem na sua maioria de partículas grandes, objectos com mais de 140 cm de diâmetro. A dispersão da luz solar quando a Voyager estava do outro lado dos anéis e apontando sua câmera de volta para o Sol também revelou pequenas partículas de poeira na faixa de micrometragem. Apenas uma pequena quantidade de poeira foi encontrada nos anéis principais. A maioria das partículas microscópicas foram distribuídas nos espaços entre os anéis principais, o que sugere que os anéis estão perdendo massa como resultado de colisões. A vida útil da poeira em órbita ao redor de Urano é limitada pelo arrastamento exercido pela atmosfera estendida do planeta e pela pressão de radiação da luz solar; as partículas de poeira são levadas a órbitas mais baixas e eventualmente caem na atmosfera uraniana. As vidas orbitais calculadas são tão curtas – 1000 anos – que a poeira deve ser rápida e continuamente criada. O arrasto atmosférico de Urano parece ser tão grande que os próprios anéis atuais podem ter vida curta. Se assim for, os anéis não se formaram com Urano, e sua origem e história são desconhecidas.

Colisões entre as partículas de anéis apertadas levariam naturalmente a um aumento na largura radial dos anéis. Luas mais maciças do que os anéis podem deter esta propagação num processo chamado de pastoreio. Certas órbitas que estão dentro ou fora da órbita de um determinado anel estão no raio adequado para que uma lua em tal órbita estabeleça uma ressonância dinâmica estável com as partículas dos anéis. A condição para a ressonância é que os períodos orbitais da lua e as partículas dos anéis estejam relacionadas entre si na razão de pequenos números inteiros. Neste tipo de relação, à medida que a lua e as partículas passam uma pela outra periodicamente, elas interagem gravitacionalmente de uma forma que tende a manter a regularidade dos encontros. A lua exerce um torque líquido sobre o anel e, à medida que a lua e o anel trocam o momento angular, a energia é dissipada por colisões entre as partículas do anel. O resultado é que a lua e as partículas dos anéis se repelem mutuamente. O corpo que está na órbita externa se move para fora, enquanto o corpo que está na órbita interna se move para dentro. Como a lua é muito mais maciça que o anel, ela impede que o anel se espalhe através do raio em que ocorre a ressonância. Um par de luas pastor, uma de cada lado do anel, pode manter sua largura estreita.

Voyager 2 descobriu que as duas luas mais internas, Cordelia e Ofélia, orbitam de cada lado do anel Epsilon exatamente nos raios certos necessários para o pastoreio. Não foram observados pastores para os outros anéis, talvez porque as luas são muito pequenas para serem vistas nas imagens da Voyager. Pequenas luas também podem ser reservatórios que fornecem a poeira que sai do sistema de anéis.