Uranus' måner

Uranus' måner er en gruppe på 27 kjente måner som kretser i bane rundt Uranus, den syvende planeten i solsystemet. Månene er oppkalt etter skikkelser i verkene til William Shakespeare og Alexander Pope.
De to første Uranus-månene ble oppdaget av William Herschel i 1787, de fikk navnet Titania og Oberon. Senere ble Ariel og Umbriel oppdaget av William Lassell i 1851, og Miranda av Gerard Kuiper i 1948. Disse fem er ellipsoide og har planetmasser og derved (sanne måner) store nok til å gi hydrostatisk likevekt, og ville vært dvergplaneter hvis de hadde gått i bane direkte rundt solen. De synes å være differensierte, med kjerner av bergarter omgitt av en mantel av is. Titania og Oberon kan også ha hav av flytende vann i grensen mellom kjernen og mantelen. Fire av dem viser tegn på indre prosesser som danner canyoner og vulkanisme på overflaten.
Titania har omkring 1/20 av massen til jordens egen satellitt, månen. Dens diameter er 1 576,8 ± 1,2 km, og den er den åttende største månen i solsystemet. Oberon har en diameter på 1 522,8 ± 5,2 km, og er den tiende største i solsystemet.
Puck ble oppdaget i 1985 av romsonden Voyager 2. Ytterligere ni måner ble oppdaget av romsonden ved sin ankomst til Uranus-systemet i 1986. De resterende månene er oppdaget i ettertid ved hjelp av Hubble-teleskopet og avanserte bakkebaserte teleskoper. To måner ble oppdaget i 1997, og ytterligere fire i 1999. Tre måner ble oppdaget i 2001, og de resterende tre månene ble oppdaget i 2003.
13 av månene er indre måner: Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Cupid, Belinda, Perdita, Puck og Mab. Deres diametere varierer fra 18 km til 162 ± 4 km, og de deler felles egenskaper og opprinnelse med Uranus' ringer. Cordelia og Ophelia fungerer som gjetermåner for ε-ringen, mens Mab er en kilde til den ytterste μ-ringen.
Ni av månene er irregulære måner: Francisco, Caliban, Stephano, Trinculo, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos og Ferdinand. De varierer i størrelse fra ca. 150 km for Sycorax til 18 km for Trinculo, og ble trolig innfanget av Uranus kort tid etter dannelsen. De har sine baner i store avstander fra Uranus, og banene er elliptiske og svært inklinerte. Åtte av månene har retrograde baner, mens Margaret har en prograd bane.

Oppdagelser

De første to månene som ble oppdaget, Titania og Oberon, ble sett av William Herschel 11. januar 1787. Dette var seks år etter at han hadde oppdaget selve planeten Uranus den 13. mars 1781. I nesten femti år var Herschels instrument det eneste som månene hadde blitt sett med. Bedre instrumenter, og en bedre plassering av Uranus på himmelen, bidro i 1840-årene til sporadiske indikasjoner på flere satellitter enn Titania og Oberon. Den 24. oktober 1851 ble de to månene Ariel og Umbriel oppdaget av den engelske astronomen William Lassell.
Herschel hevdet også å ha sett to måner den 18. januar og den 9. februar 1790, og ytterligere to måner den 28. februar og den 26. mars 1794. I flere tiår ble det antatt at Uranus hadde et system av seks måner. De fire siste ble likevel aldri bekreftet av andre astronomer. Lassells observasjoner i 1851 ga ingen støtte til Herschels angivelige observasjoner. Ariel og Umbriel hadde andre baneegenskaper enn Herschels fire angivelige måner, som var antatt å ha sideriske perioder på 5,89 dager (innenfor Titania), 10,96 dager (mellom Titania og Oberon), 38,08 dager og 107,69 dager (utenfor Oberon). Det ble derfor konkludert med at de fire månene ikke eksisterte. Herschel kan ha forvekslet svake stjerner med satellitter, og krediteringen for oppdagelsen av Ariel og Umbriel ble gitt til Lassell.
William Herschel beskrev også en mulig ring rundt Uranus den 22. februar 1789. Observasjonen er imidlertid dratt i tvil. Uranus' ringer er ganske svake, og i de neste to tiårene var det ingen andre som noterte noe om slike observasjoner. Likevel gjorde Herschel en nøyaktig beskrivelse av ε-ringens størrelse, vinkelen relativt til jorden, den rødaktige fargen og de tilsynelatende endringene ettersom Uranus forflyttet seg rundt solen.
Ingen flere oppdagelser ble gjort på nesten et århundre. Den 16. februar 1948 oppdaget den nederlandsk-amerikanske astronomen Gerard Kuiper ved McDonald Observatory den minste og den siste av de fem store, sfæriske månene. Den fikk navnet Miranda. Deretter stoppet oppdagelsene opp frem til romalderen. Den 30. desember 1985 ble den indre månen Puck oppdaget av  den amerikanske astronomen Stephen P. Synnott på et bilde tatt av romsonden Voyager 2. Dette var første, og hittil eneste, gang at en romsonde besøkte Uranus-systemet. Under forbiflyvningen i januar 1986 avdekket sonden ytterligere ni indre måner: Juliet og Portia ble oppdaget av Stephen P. Synnott den 3. januar, Cressida av Synnot den 9. januar, Desdemona, Rosalind og Belinda av Synnot den 13. januar, Cordelia og Ophelia av astronomen Richard John Terrile den 20. januar og Bianca av astronomen Bradford A. Smith den 23. januar.
Den 18. mai 1999 ble den indre månen Perdita oppdaget. Oppdagelsen ble gjort retroaktivt av den amerikanske astronomen Erich Karkoschka ved Lunar and Planetary Laboratory, University of Arizona, ved å studere et bilde tatt av Voyager 2 den 18. januar 1986.
Uranus var den siste av gassplanetene som ikke hadde noen kjente irregulære satellitter. Siden 1997 har ni fjerne irregulære måner blitt identifisert ved bruk av bakkebaserte teleskoper.
Sycorax og Caliban er henholdsvis den største og den nest største av de retrograde irregulære månene. De ble begge oppdaget den 6. september 1997 av Brett J. Gladman, Philip D. Nicholson, Joseph A. Burns og John J. Kavelaars ved å bruke av det 200 tommer store Hale-teleskopet. De tre retrograde månene Stephano, Prospero og Setebos ble oppdaget den 18. juli 1999 av de amerikanske astronomene Brett J. Gladman, John J. Kavelaars, Matthew J. Holman, Jean-Marc Petit og Hans Scholl, og gitt de midlertidige betegnelsene S/1999 U 1, S/1999 U 2 og S/1999 U 3. De ble bekreftet i august 2000. De to retrograde månene Trinculo, Ferdinand og Francisco ble oppdaget den 13. august 2001 av Matthew J. Holman, John J. Kavelaars, Dan Milisavljevic og Brett J. Gladman, og gitt de midlertidige benevnelsene S/2001 U 1, S/2001 U 2 og S/2001 U 3. Den første ble bekreftet i august 2002. De to andre oppdagelsene ble bekreftet og publisert 1. oktober 2003.
Den 25. august 2003 ble de to indre månene Cupid og Mab oppdaget ved bruk av Hubble-teleskopet. Oppdagerne var Mark R. Showalter og Jack J. Lissauer.
Margaret er den eneste kjente prograde irregulære månen. Den ble oppdaget av Scott S. Sheppard, David C. Jewitt og Jan Kleyna 29. august 2003 og gitt den midlertidige betegnelsen S/2003 U 3. Oppdagelsen ble publisert 9. oktober 2003.
Per mars 2014 er Margaret den siste oppdagede månen til Uranus.

Egenskaper og grupper

Uranus har ca. 10 000 ganger mer masse enn sine måner. Månesystemet er også det minst massive blant gasskjempene. Den samlede massen til de fem største månene er under halvparten av massen til Neptuns måne Triton, som er den syvende største månen i solsystemet. Den største månen Titania, har en radius på 1 576,8 ± 1,2 km. Dette er mindre enn radien til jordens måne. Månens masse er omkring 20 ganger større enn Titanias masse. Titanias diameter er noe større enn diameteren til Rhea, den nest største månen til Saturn. Dette gjør Titania til den åttende største månen i solsystemet.

Store måner

Uranus har fem store måner: Miranda, Ariel, Umbriel, Titania og Oberon. Disse varierer i diameter fra 472 km for Miranda til 1 578 km for Titania. De er relativt mørke legemer med geometriske albedoer på mellom 30–50 %, mens Bond-albedo ligger i størrelsesorden 10–23 %. Umbriel er mørkest og Ariel er den lyseste. Massen varierer fra 6,7×10¹⁹ kg for Miranda til 3,5×10²¹ for Titania – til sammenligning har jordens måne en masse på 7,5×10²² kg.
De store månene antas å ha blitt dannet i akkresjonsskiven som eksisterte rundt Uranus en tid etter at planeten ble dannet, eller som et resultat av et stort nedslag på Uranus tidlig i planetens historie.
Alle de store månene består av omtrent like mengder bergarter og is, med unntak av Miranda som primært består av is. Andelen av is kan inkludere ammoniakk og karbondioksid. Overflatene er preget av mange kratre, men alle unntatt Umbriel viser tegn til endogen fornyelse av overflaten i form av lineamenter (canyoner) og, i tilfellet med Miranda, banelignende formasjoner kalt coronae. Forlengede prosesser forbundet med oppstrømmende diapirer er sannsynligvis opphavet til coronaen.
Ariel synes å ha den yngste overflaten med færrest nedslagskratre, mens Umbriel synes å ha den eldste. En tidligere 3:1-resonans mellom Miranda og Umbriel og en tidligere 4:1-resonans mellom Ariel og Titania antas å være grunnen til oppvarmingen som forårsaket betydelig endogen aktivitet på Miranda og Ariel. Et bevis for en slik tidligere resonans er Mirandas uvanlig høye banehelning (4,34°) for et legeme som så nær planeten.
De største månene kan være differensiert, med kjerne av bergarter omgitt av en mantel av is. Titania og Oberon kan også ha hav av flytende vann i grensen mellom kjernen og mantelen. Alle de store månene er luftomme legemer, for eksempel viste det seg at Titania ikke har noen atmosfære med trykk over 10–20 nanobar.
Banen til solen på den lokale himmelen i løpet av en dag på Uranus og de største månenes sommersolverv er ganske forskjellig fra det som ses på de fleste andre verdnene i solsystemet. De store månene har nesten nøyaktig samme helning på rotasjonsaksen – aksene er parallelle med Uranus'. Solen vil se ut til å følge en sirkulær bane rundt Uranus' himmelpol, på det nærmeste ca. 7 grader unna den. Nær ekvator vil den ses nesten rett nordover eller sørover – avhengig av sesong. Ved breddegrader høyere enn 7° vil solen spore en sirkulær bane ca. 15 grader i diameter på himmelen og aldri gå ned.

Irregulære måner

Ni kjente irregulære måner sirkulerer rundt planeten langt utenfor Oberon, den fjerneste av de store månene. Alle de irregulære månene er sannsynligvis innfangede objekter som ble fanget av Uranus kort tid etter dannelsen. Diagrammet til venstre illustrerer banene til de irregulære månene som er oppdaget så langt. Månene over X-aksen er prograde, mens de under er retrograde. Radiusen til Uranus' Hill-sfære er omtrent 73 millioner kilometer.
De varierer i størrelse fra ca. 150 km for Sycorax til 18 km for Trinculo. I motsetning til Jupiters irregulære måner viser de ingen sammenheng mellom akse og inklinasjon. I stedet kan de retrograde månene deles inn i to grupper basert på akse/baneeksentrisitet. Den indre gruppen omfatter de månene som er nærmest planeten (a <0,15 rH) og moderat eksentriske (~0,2), det vil si Francisco, Caliban, Stephano og Trinculo. Den ytre gruppen (a > 0,15 rH) inkluderer måner med høyere eksentrisitet (~0,5), det vil si Prospero, Setebos og Ferdinand.
De mellomliggende inklinasjonene (60° < i < 140°) er uten kjente måner på grunn av Kozai-mekanismen. I denne utsatbilitetsregionen fører perturbasjon fra solen ved apoapse til at månene får større eksentrisiteter som fører til kollisjoner med de indre månene eller utstøting. Levetiden for måner i denne regionen er fra 10 millioner til en milliard år.
Margaret er den eneste kjente irregulære prograde månen, og den har i dag den mest eksentriske banen blant alle månene i solsystemet. Neptuns måne Nereid har imidlertid en høyere gjennomsnittlig eksentrisitet. Per 2008 er Margarets eksentrisitet 0,7979.