Астрономы увидели тепловое излучение колец Урана

Ученые впервые зарегистрировали связанное с нагревом частиц излучение от колец Урана. Температура тел в наиболее ярком кольце оказалась на уровне 77 кельвин, что достаточно высоко и говорит либо о медленном охлаждении, либо о медленном вращении. Результаты подтверждают данные других спектральных диапазонов, которые указали на отсутствие микроскопических пылинок в кольце. Статья принята к публикации в The Astronomical Journal, препринт доступен на arXiv.org.

Все планеты-гиганты в Солнечной системе обладают системами колец — множеством мелких тел на орбите. Самая массивная и сложная система у Сатурна, за ним следует Уран, а у Нептуна и Юпитера кольца менее выражены. Кольца Урана были открыты в 1977 году при помощи Воздушной обсерватории имени Койпера, хотя еще знаменитый астроном Уильям Гершель (1738–1822 годы) утверждал в записях, что подозревает наличие колец у этой планеты.

Кольца Урана преимущественно исследовались при помощи наземных и космических приборов в оптическом, ближнем инфракрасном и радиодиапазоне, в которых они отражают часть солнечного света, но не излучают самостоятельно. В частности, их изучали методами звездных покрытий, когда объект загораживает свет светила, при помощи орбитального телескопа «Хаббл» и посредством инструментов на борту зонда «Вояджер-2», который пролетел мимо Урана в 1986 году.

Сегодня ученые выделяют 10 колец вокруг Урана и 3 широких пылевых кольца, которые от ближнего к дальнему называются 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν и μ. Радиус внутреннего кольца составляет примерно 38 тысяч километров, а внешнего — почти 100 тысяч. По свойствам они значительно отличаются от колец Сатурна: они гораздо темнее (альбедо всего около двух процентов против 60 у некоторых колец Сатурна), а все узкие кольца кроме λ состоят практически полностью из достаточно крупных тел от десятков сантиметров до нескольких метров в поперечнике. Тем не менее, многие параметры колец остаются неизвестными, в том числе состав, толщина, масса, точное распределение по размерам.

В работе астрономов из США и Великобритании впервые представлены наблюдения в миллиметровом и среднем инфракрасном диапазонах, где расположен максимум тепловой светимости нагретых до десятков кельвинов тел. Данные собирались при помощи массива телескопов ALMA и восьмиметрового телескопа VLT.

Наблюдения позволили определить температуру частиц в наиболее ярком кольце ε, которая оказалась равна 77 кельвин. Это заметно выше теоретического значения в 71 кельвин, полученного для случая однородного прогрева. Авторы считают, что это связано либо с медленным остыванием после захода в тень, либо с медленным вращением, из-за которого частицы нагреваются неодинаково с разных сторон. Данные наблюдения были не чувствительны к объектам микроскопического размера, но, тем не менее, оказались в согласии с другими результатами, что подтверждает отсутствие таких частиц.

«Кольца Урана в плане состава отличаются от основных колец Сатурна: в оптике и инфракрасном диапазоне их альбедо намного ниже, они по-настоящему темные как уголь. Они также исключительно тонкие по сравнению с сатурнианскими: ширина самого заметного кольца ε меняется от 20 до 100 километров, в то время как у Сатурна ширина колец может достигать сотен тысяч километров, — говорит соавтор работы Эдвард Молтер (Edward Molter) из Калифорнийского университета в Беркли. — Мы знали, что кольцо ε несколько необычно, так как в нем не наблюдается небольших частиц: какой-то эффект выталкивает их оттуда».

Ранее астрономы выдвинули идею, что Уран в прошлом столкнулся с зародышем планеты. Иногда на его полюсе появляется гигантское облако. Также ученые выяснили, что кольца Сатурна являются современниками динозавров.