Δακτύλιοι του Ουρανού

Ο πλανήτης Ουρανός έχει ένα σύστημα δακτυλίων ενδιάμεσο στην πολυπλοκότητα μεταξύ των πιο εκτεταμένων γύρω από τον Κρόνο και τα απλούστερα συστήματα γύρω από τον Δία και τον Ποσειδώνα. Οι δακτύλιοι του Ουρανού ανακαλύφθηκαν στις 10 Μαρτίου 1977, από τους James L. Elliot, Edward W. Dunham και Douglas J. Mink. Περίπου 200 χρόνια πριν, το 1789, ο Ουίλιαμ Χέρσελ είχε αναφέρει επίσης ότι είχε παρατηρήσει δακτυλίους. Ωστόσο μερικοί σύγχρονοι αστρονόμοι είναι σκεπτικοί για το αν τους είδε πραγματικά, δεδομένου ότι είναι πολύ σκοτεινοί και αμυδροί, άλλοι όμως δεν είναι .
Μέχρι το 1978, είχαν εντοπιστεί εννέα διακριτοί δακτύλιοι. Δύο επιπλέον δακτύλιοι ανακαλύφθηκαν το 1986 σε εικόνες που λήφθηκαν από το διαστημικό σκάφος Βόγιατζερ 2, και δύο εξωτερικοί δακτύλιοι βρέθηκαν κατά την περίοδο 2003-2005 από φωτογραφίες του διαστημικού τηλεσκοπίου Χαμπλ. Οι 13 γνωστοί δακτύλιοι, κατά σειρά αυξανόμενης απόστασης από τον πλανήτη, είναι οι 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν και μ. Η ακτίνα τους κυμαίνεται από περίπου 38.000 χιλιόμετρα του δακτυλίου 1986U2R/ζ μέχρι περίπου 98.000 χλμ. του δακτυλίου μ. Μπορεί να υπάρχουν επιπλέον αμυδρές ζώνες σκόνης και ελλιπή τόξα μεταξύ των κύριων δακτυλίων. Οι δακτύλιοι είναι πολύ σκοτεινοί με την Bond λευκαύγεια των σωματιδίων των δακτυλίων να μην υπερβαίνει το 2%. Είναι πιθανόν να αποτελούνται από πάγο με την προσθήκη ορισμένων οργανικών ενώσεων οι οποίες έχουν επεξεργαστεί από ακτινοβολία.
Η πλειοψηφία των δακτυλίων του Ουρανού είναι αδιαφανείς και με λίγα χιλιόμετρα πλάτος. Το σύστημα των δακτυλίων περιέχει συνολικά λίγη σκόνη και αποτελείται κυρίως από μεγάλα σώματα με διάμετρο 0,2-20 μέτρα. Ωστόσο, ορισμένοι δακτύλιοι είναι οπτικά λεπτοί όπως οι ευρείς και αμυδροί δακτύλιοι 1986U2R/ζ, μ και ν οι οποίοι αποτελούνται από μικρά σωματίδια σκόνης, ενώ ο στενός και αμυδρός δακτύλιος λ περιέχει μεγαλύτερα σώματα. Η σχετική έλλειψη σκόνης στο σύστημα των δακτυλίων οφείλεται στην αεροδυναμική αντίσταση από την εκτεταμένη εξώσφαιρα-στέμμα του Ουρανού.
Οι δακτύλιοι του Ουρανού πιστεύεται ότι είναι σχετικά νεαρής ηλικίας, όχι περισσοτέρων από 600 εκατομμύρια χρόνια. Το σύστημα δακτυλίων του Ουρανού πιθανότατα προέρχεται από την πρόσκρουση και τον κατακερματισμό δορυφόρων που υπήρχαν κάποτε γύρω από τον πλανήτη. Μετά τη σύγκρουση, οι δορυφόροι πιθανώς διασπάστηκαν σε πολλά σωματίδια, τα οποία επέζησαν ως στενοί και οπτικά πυκνοί δακτύλιοι αλλά μόνο σε αυστηρά περιορισμένες ζώνες μέγιστης σταθερότητας.
Ο μηχανισμός που περιορίζει τους στενούς δακτυλίους δεν είναι καλά κατανοητός. Αρχικά θεωρήθηκε ότι κάθε στενός δακτύλιος είχε κοντά του ένα ζευγάρι δορυφόρων βοσκών το οποίο συγκρατούσε το σχήμα του. Ωστόσο, το 1986, το Βόγιατζερ 2 ανακάλυψε μόνο ένα τέτοιο ζευγάρι δορυφόρων βοσκών (την Κορδήλια και την Οφηλία), γύρω από τον πιο λαμπρό δακτύλιο τον ε.

Ανακάλυψη

Η πρώτη αναφορά ενός συστήματος δακτυλίων γύρω από τον Ουρανό προέρχεται από τις σημειώσεις του Ουίλιαμ Χέρσελ, ο οποίος περιγράφει λεπτομερώς τις παρατηρήσεις του για τον Ουρανού τον 18ο αιώνα, οι οποίες περιλαμβάνουν το ακόλουθο απόσπασμα: «22 του Φλεβάρη του 1789: Υποψία ύπαρξης ενός δακτυλίου»  Ο Χέρσελ σχεδίασε ένα μικρό διάγραμμα του δακτυλίου και σημείωσε ότι είχε «μια μικρή κλίση προς το κόκκινο». Το αστεροσκοπείο Κεκ στη Χαβάη επιβεβαίωσε ότι ισχύει αυτή η περίπτωση, τουλάχιστον για το δακτύλιο ν. Οι σημειώσεις του Χέρσελ δημοσιεύθηκαν σε ένα περιοδικό της Βασιλικής Εταιρίας το 1797. Ωστόσο, στους δύο αιώνες μεταξύ του 1797 και του 1977, οι δακτύλιοι είχαν αναφερθεί σπάνια, αν όχι και καθόλου. Το γεγονός αυτό είχε δημιουργήσει σοβαρές αμφιβολίες για το κατά πόσον ο Χέρσελ θα μπορούσε να έχει δει κάτι τέτοιο, ενώ εκατοντάδες άλλοι αστρονόμοι δεν είχαν δει τίποτα. Ακόμη, προβλήθηκε ο ισχυρισμός ορισμένων ότι ο Χέρσελ έδωσε ακριβή περιγραφή του μεγέθους του δακτυλίου ν σε σχέση με τον Ουρανό, καθώς αυτός μετακινείται μαζί με τον Ουρανό γύρω από τον Ήλιο, και το χρώμα του αλλάζει.
Η οριστική ανακάλυψη των δακτυλίων του Ουρανού έγινε από τους αστρονόμους James L. Elliot, Edward W. Dunham, και Douglas J. Mink στις 10 Μαρτίου του 1977, με τη χρήση του παρατηρητηρίου Kuiper Airborne, και ήταν απρόσμενη. Σχεδίαζαν να χρησιμοποιήσουν την απόκρυψη του αστέρα SAO 158687 από τον Ουρανό για να μελετήσουν την ατμόσφαιρα του πλανήτη. Ωστόσο, όταν αναλύθηκαν οι παρατηρήσεις τους, βρήκαν ότι το αστέρι εξαφανίστηκε για λίγο, πέντε φορές τόσο πριν, όσο και μετά της επισκίασης του από τον πλανήτη. Έτσι συμπέραναν ότι υπήρχε ένα σύστημα στενών δακτυλίων. Οι πέντε αυτές εκδηλώσεις απόκρυψης που παρατηρήθηκαν, συμβολίστηκαν με τα ελληνικά γράμματα α, β, γ, δ και ε στα χαρτιά τους. Οι ονομασίες αυτές έχουν χρησιμοποιηθεί από τότε σαν τα ονόματα αυτών των δακτυλίων. Αργότερα βρήκαν τέσσερις επιπλέον δακτυλίους, έναν μεταξύ των δακτυλίων β και γ και τρεις στο εσωτερικό του δακτυλίου α. Ο πρώτος ονομάστηκε δακτύλιος η. Ενώ οι άλλοι τρεις πήραν τα ονόματα 4, 5 και 6 σύμφωνα με την αρίθμηση των εκδηλώσεων απόκρυψης σε ένα χαρτί. Το σύστημα των δακτυλίων του Ουρανού ήταν το δεύτερο που ανακαλύφθηκε στο ηλιακό μας σύστημα, μετά από αυτό του Κρόνου.
Οι δακτύλιοι απεικονίστηκαν άμεσα όταν το διαστημικό σκάφος Βόγιατζερ 2 πέρασε μέσα από το σύστημα του Ουρανού το 1986. Ενώ αποκαλύφθηκαν και δύο πιο αμυδροί δακτύλιοι, ανεβάζοντας το συνολικό αριθμό τους σε έντεκα. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Χαμπλ εντόπισε ένα επιπλέον ζευγάρι προηγουμένως αόρατων δακτυλίων το 2003-2005, ανεβάζοντας το συνολικό αριθμό σε 13. Η ανακάλυψη αυτών των εξωτερικών δακτυλίων διπλασίασε τη γνωστή ακτίνα του συστήματος των δακτυλίων. Το Χαμπλ απεικόνισε επίσης και δύο μικρούς δορυφόρους, για πρώτη φορά, ο ένας εκ των οποίων, η Μαμπ, μοιράζεται την τροχιά της με τον εξώτερο δακτύλιο που ανακαλύφθηκε πρόσφατα.

Γενικά

Σύμδφωνα με την τρέχουσα αντίληψη, το σύστημα των δακτυλίων του Ουρανού αποτελείται από δεκατρείς ξεχωριστούς δακτυλίους. Κατά σειρά αυξανόμενης απόστασης από τον πλανήτη οι δακτύλιοι είναι οι 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν και μ. και μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες: εννέα στενοί κύριοι δακτύλιοι (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), δύο κονιώδεις δακτύλιοι (1986U2R/ζ, λ) και δύο εξωτερικοί δακτύλιοι (μ, ν). Οι δακτύλιοι του Ουρανού αποτελούνται κυρίως από μακροσκοπικά σωματίδια και λίγη σκόνη, αν και σκόνη είναι γνωστό ότι υπάρχει στους δακτυλίους 1986U2R / ζ, η, δ, λ, ν και μ. Εκτός από αυτούς τους γνωστούς δακτυλίους, μπορεί να υπάρχουν πολλές, οπτικά λεπτές, ζώνες σκόνης και αμυδροί δακτύλιοι ανάμεσά τους. Οι εν λόγω εξασθενημένοι δακτύλιοι και οι ζώνες σκόνης μπορεί να υφίστανται μόνο προσωρινά ή να αποτελούνται από έναν αριθμό διακριτών τόξων, τα οποία μπορεί να έχουν εντοπιστεί μερικές φορές κατά τη διάρκεια εκλείψεων. Ένας αριθμός αυτών των ζωνών σκόνης μεταξύ των δακτυλίων παρατηρήθηκε από το Βόγιατζερ 2.
Οι δακτύλιοι αποτελούνται από εξαιρετικά σκοτεινή ύλη. Η γεωμετρική λευκαύγεια των σωματιδίων των δακτυλίων δεν υπερβαίνει το 5-6%, ενώ η Bond λευκαύγεια είναι ακόμη χαμηλότερη, περίπου 2%. Οι δακτύλιοι έχουν ελαφρώς κόκκινο χρώμα στο υπεριώδες και ορατό τμήμα του φάσματος και γκρι στο εγγύς υπέρυθρο. Η χημική σύνθεση των σωματιδίων των δακτυλίων δεν είναι γνωστή. Ωστόσο, δεν μπορούν να είναι κατασκευασμένα από καθαρό παγωμένο νερό, όπως στους δακτυλίους του Κρόνου επειδή είναι πολύ σκοτεινοί, πιο σκούροι ακόμη και από τους εσωτερικούς δορυφόρους του Ουρανού. Αυτό δείχνει ότι είναι πιθανόν να αποτελούνται από ένα μείγμα από πάγο και σκούρα ύλη. Η φύση αυτής της ύλης δεν είναι σαφής, αλλά μπορεί να είναι οργανικές ενώσεις σημαντικά μαυρισμένες από την φορτισμένη ακτινοβολία των σωματιδίων από την μαγνητόσφαιρα του Ουρανού. Τα σωματίδια των δακτυλίων μπορεί να αποτελούνται από ένα βαριά επεξεργασμένο υλικό το οποίο ήταν αρχικά παρόμοιο με εκείνο των εσωτερικών δορυφόρων.
Ως σύνολο, το σύστημα των δακτυλίων του Ουρανού είναι εντελώς διαφορετικό από το αχνό σκονισμένο σύστημα των δακτυλίων του Δία αλλά και το ευρύ και πολύπλοκο σύστημα των δακτυλίων του Κρόνου. Ωστόσο, υπάρχουν ομοιότητες με ορισμένα τμήματα του συστήματος των δακτυλίων του Κρόνου, όπως ο δακτύλιος F του Κρόνου και ο δακτύλιος ε του Ουρανού. Είναι και οι δύο στενοί, σχετικά σκοτεινοί και βρίσκονται ανάμεσα σε ένα ζευγάρι δορυφόρων. Επίσης οι εξωτερικοί δακτύλιοι του Ουρανού που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα είναι παρόμοιοι με τους εξωτερικούς δακτυλίους G και Ε του Κρόνου. Επιπλέον, ζώνες σκόνης που παρατηρήθηκαν μεταξύ των κύριων δακτυλίων του Ουρανού μπορεί να είναι παρόμοιες με τους δακτυλίους του Δία . Αντιθέτως το σύστημα των δακτυλίων του Ποσειδώνα είναι αρκετά παρόμοιο με εκείνο του Ουρανού, αν και είναι λιγότερο πολύπλοκο, πιο σκοτεινό, περιέχει περισσότερη σκόνη και βρίσκεται μακρύτερα από τον πλανήτη.

Εξωτερικό σύστημα δακτυλίων

Την περίοδο 2003–2005, το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Χαμπλ εντόπισε ένα ζεύγος άγνωστων έως τότε δακτυλίωνs, που ονομάζονται σήμερα εξωτερικό σύστημα δακτυλίων, κάτι που αύξησε τον αριθμό των γνωστών δακτυλίων του Ουρανού σε 13.