Sistemul de inele

Inelele lui Uranus au fost primele care au fost descoperite în jurul unei alte planete decât Saturn. Astronomul american James L. Elliot și colegii săi au descoperit sistemul de inele de pe Pământ în 1977, cu nouă ani înainte de întâlnirea cu Voyager 2, în timpul unei ocultații stelare a lui Uranus – adică atunci când planeta a trecut între o stea și Pământ, blocând temporar lumina stelei. În mod neașteptat, ei au observat că steaua s-a întunecat pentru scurt timp de cinci ori la o distanță considerabilă deasupra atmosferei lui Uranus, atât înainte, cât și după ce planeta a ocultat steaua. Scăderile de luminozitate au indicat faptul că planeta era înconjurată de cinci inele înguste. Observațiile ulterioare de pe Pământ au dezvăluit patru inele suplimentare. Voyager 2 a detectat un al zecelea inel și a găsit indicii ale altora. În afara lui Uranus, cele 10 inele se numesc 6, 5, 4, Alpha, Beta, Eta, Gamma, Delta, Lambda și Epsilon. Nomenclatura greoaie a apărut deoarece noile inele au fost descoperite în locuri care nu se potriveau cu nomenclatura inițială. Caracteristicile inelelor sunt prezentate în tabel.

Inelele sunt înguste și destul de opace. Lățimile observate sunt pur și simplu distanțele radiale dintre începutul și sfârșitul evenimentelor individuale de întunecare. Lățimile echivalente sunt produsul (mai exact, integrala) dintre distanța radială și fracțiunea de lumină stelară blocată. Faptul că lățimile echivalente sunt, în general, mai mici decât lățimile observate indică faptul că inelele nu sunt complet opace. Combinarea luminozității inelelor observate în imaginile Voyager cu lățimile echivalente din ocultații arată că particulele inelelor reflectă mai puțin de 5 la sută din lumina solară incidentă. Spectrul lor de reflexie aproape plat înseamnă că particulele sunt practic de culoare gri. Funinginea obișnuită, care este formată în mare parte din carbon, este cel mai apropiat analog terestru. Nu se știe dacă carbonul provine din întunecarea metanului de către bombardamentul de particule sau este intrinsec particulelor inelelor.

Efectele de împrăștiere asupra semnalului radio al Voyager propagat prin inele până pe Pământ au dezvăluit că inelele constau în cea mai mare parte din particule mari, obiecte cu diametrul mai mare de 140 cm (4,6 picioare). De asemenea, împrăștierea luminii solare atunci când Voyager se afla în partea îndepărtată a inelelor și își îndrepta aparatul de fotografiat spre Soare a dezvăluit particule mici de praf cu dimensiuni de ordinul micrometrilor. Doar o cantitate mică de praf a fost găsită în inelele principale. Majoritatea particulelor microscopice erau în schimb distribuite în spațiile dintre inelele principale, ceea ce sugerează că inelele pierd masă ca urmare a coliziunilor. Durata de viață a prafului pe orbită în jurul lui Uranus este limitată de rezistența exercitată de atmosfera extinsă a planetei și de presiunea de radiație a luminii solare; particulele de praf sunt împinse pe orbite mai joase și, în cele din urmă, cad în atmosfera uraniană. Durata de viață orbitală calculată este atât de scurtă – 1.000 de ani – încât praful trebuie să fie creat rapid și continuu. Rezistența atmosferică a lui Uranus pare să fie atât de mare încât inelele actuale ar putea fi ele însele de scurtă durată. Dacă este așa, inelele nu s-au format odată cu Uranus, iar originea și istoria lor sunt necunoscute.

Coliziunile dintre particulele strânse ale inelelor ar duce în mod natural la o creștere a lățimii radiale a inelelor. Lunile mai masive decât inelele pot opri această răspândire într-un proces numit „shepherding”. Anumite orbite care se află în interiorul sau în afara orbitei unui anumit inel se află la raza potrivită pentru ca o lună aflată pe o astfel de orbită să stabilească o rezonanță dinamică stabilă cu particulele inelului. Condiția pentru rezonanță este ca perioadele orbitale ale lunii și ale particulelor inelului să fie legate între ele în raport cu numere întregi mici. În acest tip de relație, pe măsură ce luna și particulele se intersectează periodic, ele interacționează gravitațional într-un mod care tinde să mențină regularitatea întâlnirilor. Luna exercită un cuplu net asupra inelului și, pe măsură ce luna și inelul fac schimb de moment unghiular, energia este disipată prin coliziuni între particulele inelului. Rezultatul este că particulele lunii și ale inelului se resping reciproc. Corpul care se află pe orbita exterioară se deplasează spre exterior, în timp ce cel de pe orbita interioară se deplasează spre interior. Deoarece Luna este mult mai masivă decât inelul, aceasta împiedică inelul să se răspândească pe raza la care are loc rezonanța. O pereche de luni păstrătoare, una de fiecare parte a inelului, poate menține lățimea îngustă a acestuia.

Voyager 2 a descoperit că cele mai interioare două luni, Cordelia și Ofelia, orbitează de o parte și de alta a inelului Epsilon exact la razele corecte necesare pentru păstrăreală. Păstorii pentru celelalte inele nu au fost observați, poate pentru că lunile sunt prea mici pentru a fi văzute în imaginile Voyager. Lunile mici pot fi, de asemenea, rezervoare care alimentează praful care părăsește sistemul de inele.

.