Ко́льца Ура́на — система колец, окружающих планету Уран. Она занимает промежуточное по сложности положение между более развитой системой колец Сатурна и простыми системами колец Юпитера и Нептуна. Первые девять колец Урана были открыты 10 марта 1977 года Джеймсом Эллиотом, Эдвардом Данхэмом и Дугласом Минком. После этого были открыты ещё четыре: два — «Вояджером-2» в 1986 году, ещё два — телескопом «Хаббл» в 2003—2005 годах.

За 200 лет до этого Уильям Гершель сообщал о наблюдениях колец у Урана, однако современные астрономы сомневаются в возможности такого открытия, так как эти кольца очень слабые и тусклые и не могли быть обнаружены с помощью астрономического оборудования того времени.

По состоянию на 2008 год известно 13 колец. В порядке увеличения расстояния от планеты они расположены так: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν и μ. Минимальный радиус имеет кольцо 1986U2R/ζ (), максимальный — кольцо μ (приблизительно ). Между основными кольцами могут находиться слабые пылевые кольцевые скопления и незамкнутые дуги. Кольца чрезвычайно тёмные, альбедо Бонда для входящих в них частиц не превышает 2 %. Вероятно, они состоят из водяного льда с включениями органики.

Большинство колец Урана непрозрачны. Их ширина не больше нескольких километров. Кольцевая система содержит в целом немного пыли, она состоит в основном из крупных объектов диаметром от 20 сантиметров до 20 метров. Однако некоторые кольца оптически тонкие: широкое тусклое 1986U2R/ζ, μ и ν состоят из мелких частиц пыли, тогда как узкое тусклое λ содержит крупные тела. Относительно небольшое количество пыли в кольцевой системе объясняется аэродинамическим сопротивлением протяжённой экзосферы — короны Урана.

Считается, что кольца Урана относительно молоды, их возраст не превышает 600 миллионов лет. Кольцевая система Урана, вероятно, образовалась от столкновений спутников, ранее обращавшихся вокруг планеты. В результате столкновений спутники разбивались на всё более мелкие частицы, которые теперь образуют кольца в строго ограниченных зонах максимальной гравитационной стабильности.

До сих пор не ясен механизм, удерживающий узкие кольца в их границах. Первоначально считалось, что у каждого узкого кольца есть пара «спутников-пастухов», которые и поддерживают его форму, но в 1986 году Вояджер-2 обнаружил только одну пару таких спутников (Корделию и Офелию) вокруг самого яркого кольца — ε.

История наблюдений В работах первооткрывателя Урана, Уильяма Гершеля, первое упоминание о кольцах встречается в записи от 22 февраля 1789 года. В примечаниях к наблюдениям он отметил, что предполагает наличие колец у Урана. 4 марта 1787 года он отметил, что наблюдал большое кольцо R и малое r с использованием 20-футового рефлектора и указал, что «немного кажутся похожими на имеющие красный цвет». Он описал звёздную величину и яркость колец и заключил, что их временная невидимость оставляет желать лучших инструментов. Записи Гершеля попали в журнал Королевского общества в 1797 году. Однако впоследствии на протяжении почти двух столетий — с 1797 по 1979 год — кольца в научной литературе не упоминаются вовсе, что даёт основание подозревать ошибку учёного. Тем не менее, достаточно точные описания увиденного Гершелем не дают повода просто так сбрасывать со счетов его наблюдения. В частности, красный цвет для предпоследнего кольца в 2006 году был подтвержден наблюдениями обсерватории Кека. Коррелируют с последующими наблюдениями и записи Гершеля о размере, яркости колец и их временной невидимости.

Наличие кольцевой системы у Урана было подтверждено лишь 10 марта 1977 года американскими учёными Джеймсом Эллиотом, Эдвардом Данхэмом () и , использовавшими воздушную обсерваторию Койпера. Открытие было сделано случайно — группа учёных планировала провести наблюдения атмосферы Урана при покрытии им звезды SAO 158687. Однако, анализируя наблюдательные данные, они обнаружили уменьшение блеска звезды ещё до её покрытия Ураном, причём произошло это несколько раз подряд. В результате было открыто 9 колец Урана. После этого, покрытия Ураном различных звёзд неоднократно наблюдались с Земли, что позволило получить довольно много данных о физических свойствах колец.

Когда в окрестности Урана прибыл космический аппарат «Вояджер-2», при помощи бортовой оптики было открыто ещё 2 кольца, и общее число известных колец возросло до 11. Обнаруженным объектам присвоили временные обозначения 1986 U 1R и 1986 U 2R. Это были одни из самых тёмных из когда-либо наблюдавшихся объектов. Существование кольца 1986 U 1R было подтверждено наземными наблюдениями покрытий звёзд, что позволило более точно определить его свойства: оно находится между кольцами δ и ε, очень близко к орбите Корделии. Ему было присвоено обозначение λ. Существование второго кольца долгое время оставалось неподтверждённым.

В декабре 2005 года космический телескоп «Хаббл» зарегистрировал ещё 2 ранее неизвестных кольца, существование которых было подтверждено при помощи анализа обработанных фотографий «Вояджера». Они удалены от планеты на расстояние в два раза большее, чем ранее открытые кольца. Первоначально им были присвоены временные обозначения R/2003 U1 и R/2003 U2, а в октябре 2006 года постоянные — μ и ν. Помимо колец, «Хаббл» помог открыть два ранее неизвестных небольших спутника, один из которых (Маб) имеет ту же орбиту, что и самое внешнее кольцо. Марк Шоуолтер и Джек Лиссауэр, ставшие первооткрывателями этих колец и спутников, назвали их «второй системой колец и спутников Урана». Последние два кольца доводят количество известных колец Урана до 13.

В апреле 2006 года изображения новых колец, полученные обсерваторией Кека на Гавайских островах, позволили различить их цвет. Одно из них было красным, а другое (самое внешнее) — синим. Фотоны с длиной волны, соответствующей синему цвету, рассеиваются и отражаются в основном очень мелкими частицами, имеющими размеры меньше 1/10 микрона. Предполагают, что синий цвет внешнего кольца обусловлен тем, что оно содержит, кроме пыли, некоторое количество мелких частиц водяного льда с поверхности Маб. Внутренние кольца планеты выглядят серыми.

Когда Земля пересекает плоскость колец Урана, они видны с ребра. Такое было, например, в 2007—2008 годах. Благодаря возможности наблюдать неосвещённую сторону колец, группа исследователей во главе с Имке де Патером смогла установить, что система колец Урана сильно изменилась по сравнению с предыдущими изображениями. Согласно их выводам, «систему пронизывает широкое облако тусклого материала, но его местоположение не коррелирует с хорошо известными узкими кольцами или со внутренними пылевыми кольцами». Учёные заявили, что несмотря на отличия в угле обзора, всё же можно сделать вывод о том, что «распределение пыли в системе существенно изменилось после встречи с «Вояджером» в 1986 году и что изменения происходят в гораздо больших масштабах, чем в других планетных системах». Этим было объяснено, в частности, несоответствие между параметрами кольца 1986 U 2R, наблюдавшегося «Вояджером», и последующими наблюдениями кольца ζ, с которым это кольцо отождествляется.

Основные сведения

Система колец Урана включает в себя 13 отчётливо различимых колец. По расстоянию от планеты они расположены в следующем порядке: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, μ. Их можно разделить на 3 группы: 9 узких главных колец (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), два пылевых кольца (1986U2R/ζ, λ) и два внешних кольца (μ, ν).

Состоят кольца Урана в основном из макрочастиц и небольшого количества пыли. Пылевые частицы, как известно, присутствуют в кольцах 1986U2R/ζ, η, δ, λ, ν и μ. Кроме известных колец, скорее всего, существуют почти неразличимые пылевые полосы и весьма слабые и тонкие колечки между ними. Эти слабые кольца и пылевые полосы могут существовать лишь временно или состоять из нескольких отдельных дужек, которые могут иногда обнаруживаться во время покрытия планетой звезды. Некоторые из них становились заметными во время пересечения Землёй плоскости колец в 2007 году. Многие из пылевых полос между кольцами наблюдались в прямо рассеянном свете ещё Вояджером-2. Все кольца Урана показывают азимутальные изменения яркости.

Кольца состоят из чрезвычайно тёмного вещества. Геометрическое альбедо частиц, составляющих кольца, не превышает 5—6 %, а альбедо Бонда — около 2 %. Кольца демонстрируют сильный оппозиционный эффект — увеличение отражательной способности с уменьшением фазового угла (другими словами, больше всего света отражается в сторону его источника). Кольца кажутся немного красноватыми по наблюдениям в ультрафиолетовой и видимой части спектра и серыми — по наблюдениям в ближней инфракрасной. Каких-либо идентифицируемых спектральных особенностей у колец не наблюдается.

Химический состав частиц колец неизвестен. Однако они не могут состоять из чистого водяного льда, как, например, кольца Сатурна, потому что они слишком тёмные, даже более тёмные, чем внутренние спутники Урана. Это указывает на то, что они состоят из смеси льда и тёмного вещества. Природа этого вещества неизвестна, но это может быть органика, значительно затемнённая облучением заряженными частицами из магнитосферы Урана. Возможно, кольца состоят из сильно преобразованного вещества, изначально сходного с тем, из которого состоят внутренние спутники Урана.

В целом система колец Урана не похожа ни на тусклые пылевые кольца Юпитера, ни на широкие и сложные кольца Сатурна, некоторые из которых очень яркие за счёт частичек водяного льда. Однако у колец Урана и Сатурна есть и кое-что общее: кольцо F Сатурна и кольцо ε Урана оба узкие, относительно тёмные и «пасутся» парой спутников. Недавно открытые внешние кольца Урана сходны с внешними кольцам G и E Сатурна. Небольшие колечки между широкими кольцами Сатурна также напоминают узкие кольца Урана. Помимо этого, пылевые скопления между кольцами Урана могут быть схожи с пылевыми кольцами Юпитера. Кольцевая система Нептуна больше похожа на кольцевую систему Урана, но сложнее, темнее и содержит больше пыли; кольца Нептуна расположены дальше от планеты, чем у Урана.

Узкие главные кольца

ε (эпсилон)

Кольцо ε (эпсилон) — самое яркое и самое плотное из колец Урана и ответственно примерно за две трети света, отражаемого кольцами. У этого кольца самый большой эксцентриситет из всех, оно также обладает незначительным орбитальным наклонением.

Вытянутость кольца является причиной того, что его яркость в разных местах неодинакова: самая большая вблизи апоцентра (самой удалённой от планеты точки), а самая малая — вблизи перицентра (самой близкой). Это различие достигает 2,5—3,0 раз и связано с изменением ширины кольца, которая составляет 19,7 км в перицентре и 96,4 км в апоцентре. По мере того, как кольцо становится шире, уменьшается количество «затенений» частицами друг друга, и можно наблюдать большее их количество, что приводит к более высокой интегральной яркости. Вариации ширины кольца были измерены на снимках, полученных «Вояджером-2», так как кольцо ε было одним из двух, чья ширина на этих снимках различима. Это указывает на то, что кольцо является оптически глубоким. Действительно, наблюдения покрытия звёзд этим кольцом, проведённые с Земли и «Вояджера-2», показали, что его нормальная «оптическая глубина» варьируется от 0,5 до 2,5 и максимальна вблизи перицентра орбиты кольца. «Эквивалентная глубина» кольца ε — около 47 километров и не изменяется на протяжении всей его длины.