Ringsystemet

Uranus ringar var de första som upptäcktes runt en annan planet än Saturnus. Den amerikanske astronomen James L. Elliot och hans kollegor upptäckte ringsystemet från jorden 1977, nio år före mötet med Voyager 2, under en stjärnockultation av Uranus – det vill säga när planeten passerade mellan en stjärna och jorden och tillfälligt blockerade stjärnans ljus. Oväntat nog observerade de att stjärnan dämpades kortvarigt fem gånger på ett betydande avstånd ovanför Uranus atmosfär både före och efter det att planeten ockulerade stjärnan. Ljusdämpningarna visade att planeten var omgiven av fem smala ringar. Senare observationer på jorden avslöjade ytterligare fyra ringar. Voyager 2 upptäckte en tionde ring och fann indikationer på andra ringar. Utifrån Uranus heter de tio ringarna 6, 5, 4, Alpha, Beta, Eta, Gamma, Delta, Lambda och Epsilon. Den besvärliga nomenklaturen uppstod då de nya ringarna hittades på platser som inte passade in i den ursprungliga nomenklaturen. Ringarnas egenskaper anges i tabellen.

Ringarna är smala och ganska ogenomskinliga. De observerade bredderna är helt enkelt de radiella avstånden mellan början och slutet av de enskilda dimmningshändelserna. Ekvivalenta bredder är produkten (närmare bestämt integralen) av det radiella avståndet och den del av stjärnljuset som blockeras. Det faktum att de ekvivalenta bredderna i allmänhet är mindre än de observerade bredderna tyder på att ringarna inte är helt ogenomskinliga. Om man kombinerar ljusstyrkan hos ringarna som observerats i Voyagerbilderna med de ekvivalenta bredderna från ockultationer visar det sig att ringpartiklarna reflekterar mindre än 5 procent av det infallande solljuset. Deras nästan platta reflektionsspektrum innebär att partiklarna i princip är grå till färgen. Vanlig sot, som till största delen består av kol, är den närmaste terrestriska motsvarigheten. Man vet inte om kolet kommer från mörkfärgning av metan genom partikelbombardemang eller om det är inneboende i ringpartiklarna.

Spridningseffekterna på Voyagers radiosignal som fortplantas genom ringarna till jorden avslöjade att ringarna består av mestadels stora partiklar, objekt som är större än 140 cm (4,6 fot) i diameter. Spridning av solljuset när Voyager befann sig på den bortre sidan av ringarna och riktade kameran tillbaka mot solen avslöjade också små stoftpartiklar i mikrometerstorlek. Endast en liten mängd damm hittades i huvudringarna. De flesta av de mikroskopiska partiklarna var istället fördelade i utrymmena mellan huvudringarna, vilket tyder på att ringarna förlorar massa till följd av kollisioner. Livslängden för stoftet i omloppsbana runt Uranus begränsas av det motstånd som utövas av planetens utsträckta atmosfär och av strålningstrycket från solljuset; stoftpartiklarna drivs till lägre omloppsbanor och faller så småningom ner i den uranska atmosfären. De beräknade livstiderna i omloppsbanan är så korta – 1 000 år – att stoftet måste skapas snabbt och kontinuerligt. Uranus atmosfäriska dragkraft verkar vara så stor att de nuvarande ringarna själva kan vara kortlivade. Om så är fallet bildades ringarna inte tillsammans med Uranus, och deras ursprung och historia är okända.

Kollisioner mellan de tätt packade ringpartiklarna skulle naturligtvis leda till en ökning av ringarnas radiella bredd. Månar som är mer massiva än ringarna kan stoppa denna spridning i en process som kallas shepherding. Vissa banor som ligger inom eller utanför en viss rings bana har rätt radie för att en måne i en sådan bana ska kunna etablera en stabil dynamisk resonans med ringpartiklarna. Villkoret för resonansen är att månens och ringpartiklarnas omloppsperioder är relaterade till varandra i förhållandet mellan små hela tal. I ett sådant förhållande, när månen och partiklarna passerar varandra med jämna mellanrum, interagerar de gravitationellt på ett sätt som tenderar att upprätthålla regelbundenheten i mötena. Månen utövar ett nettomoment på ringen, och när månen och ringen utbyter vridmoment, förslöses energi genom kollisioner mellan ringpartiklarna. Resultatet är att månen och ringens partiklar stöter bort varandra. Den kropp som befinner sig i den yttre banan rör sig utåt, medan den som befinner sig i den inre banan rör sig inåt. Eftersom månen är mycket mer massiv än ringen hindrar den ringen från att sprida sig över den radie vid vilken resonans uppstår. Ett par herdarmånar, en på vardera sidan av en ring, kan bibehålla dess smala bredd.

Voyager 2 fann att de två innersta månarna, Cordelia och Ophelia, kretsar på vardera sidan av Epsilon-ringen på exakt de rätta radier som krävs för herdning. Shepherds för de andra ringarna observerades inte, kanske för att månarna är för små för att synas på Voyagers bilder. Små månar kan också vara reservoarer som förser det stoft som lämnar ringsystemet.

.