Кіріспе

Уран планетасының сақиналар жүйесі

Уранның сақиналары Сатурн айналасындағы кеңірек жүйе мен Юпитер және Нептун айналасындағы қарапайым жүйелердің арасындағы күрделілік деңгейі бойынша орташа саналады. Уранның сақиналарын Джеймс Л. Эллиот, Эдвард В. Данхэм және Джессика Минк 1977 жылдың 10 наурызында ашқан. Уильям Гершель 1789 жылы да сақиналарды байқағанын хабарлаған; бірақ олар өте қараңғы және әлсіз болғандықтан, оның оларды көре алған-алмағаны туралы қазіргі астрономдар арасында пікір талас тудырып отыр. 1977 жылға қарай тоғыз бөлек сақина анықталды. 1986 жылы «Вояджер-2» ғарыш кемесі түсірген суреттерде екі қосымша сақина, ал 2003–2005 жылдары Хаббл ғарыш телескобының суреттерінде екі сыртқы сақина табылды. Планетадан қашықтығының артуымен реттелген 13 белгілі сақина 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν және μ деп аталады. Олардың радиусы 1986U2R/ζ сақинасы үшін шамамен 38 000 км-ден басталып, μ сақинасы үшін шамамен 98 000 км-ге жетеді. Басты сақиналардың арасында қосымша әлсіз шаң жолақтары мен толық емес доғалар болуы мүмкін. Сақиналар өте қараңғы – сақина бөлшектерінің Бонд альбедосы 2%-дан аспайды. Олар, ықтималды түрде, су мұзынан және қараңғы радиациялық әсерге ұшыраған органикалық заттардан тұрады. Уранның көптеген сақиналары мөлдір емес және ені бірнеше шақырымды құрайды. Сақиналар жүйесінде жалпы шаң мөлшері аз, оның құрамында диаметрі 20 см-ден 20 м-ге дейінгі ірі денелер басым. Кейбір сақиналар оптикалық тұрғыдан жұқа: кең және әлсіз 1986U2R/ζ, μ және ν сақиналары ұсақ шаң бөлшектерінен, ал тар және әлсіз λ сақинасы ірі денелерден де тұрады. Сақиналар жүйесіндегі шаңның азаюы Уранның кеңейген экзосферасының аэродинамикалық қарсылығына байланысты болуы мүмкін. Уранның сақиналары салыстырмалы түрде жас, олардың жасы 600 миллион жылдан аспайды деп есептеледі. Уранның сақиналар жүйесі бұрын планетаның айналасында болған бірнеше айдың соқтығысуы нәтижесінде пайда болған болуы мүмкін. Соқтығысқаннан кейін айлар көптеген бөлшектерге ыдырап, олар тек ең тұрақты аймақтарда ғана тар және оптикалық тығыз сақиналар түрінде сақталған. Тар сақиналарды тұрақтандыратын механизм әлі толыққанды түсініксіз. Алғашқыда әрбір тар сақинаның жанында оны қалыпқа келтіретін екі «қойшы» ай бар деп болжанған. 1986 жылы «Вояджер-2» ең жарқын сақинаның (ε) маңында Корделия мен Офелиядан тұратын мұндай бір жұпты ғана тапты, бірақ кейіннен Порция мен Розалинд арасында әлсіз ν сақинасы да «қойшы» айлардың әсерімен тұрақтанғаны анықталды.

Ашылу

Уран сақиналары жүйесі туралы алғашқы мәліметтер Уильям Гершельдің 18 ғасырда Уранды бақылаулары туралы жазған жазбаларында кездеседі, онда мынадай сөздер бар: «1789 жылдың 22 ақпаны: Сақина болуы күдік тудырды». Уран сақиналарын нақты ашу 1977 жылдың 10 наурызында Джеймс Л. Эллиот, Эдвард В. Данэм және Джессика Минк астрономдары Kuiper Airborne Observatory арқылы жасалды, бұл кездейсоқ жағдай болды. Олар Уранның SAO 158687 жұлдызын жабу арқылы планетаның атмосферасын зерттеуді жоспарлаған. Олардың бақылаулары талданғанда, жұлдыз планетаның тұтылуына дейін және кейін бес рет қысқа мерзімге көзден жоғалып кеткені анықталды. Олар тар сақиналар жүйесінің бар екенін болжады. Олар бақылаған бес жабу оқиғасы грек әріптерімен α, β, γ, δ және ε деп белгіленді. Осы белгілер содан бері сақиналардың атаулары ретінде қолданылып келеді. Кейін олар тағы төрт сақина тапты: біреуі β және γ сақиналарының арасында, ал үшеуі α сақинасының ішінде. Алғашқысы η сақинасы деп аталды. Қалғандары 4, 5 және 6 сақиналары деп аталды, себебі бір мақалада жабу оқиғалары осы ретпен нөмірленген. Уранның сақиналар жүйесі Сатурннан кейін Күн жүйесінде екінші болып ашылды. Сақиналар 1986 жылы «Вояджер-2» ғарыш кемесі Уран жүйесі арқылы ұшқан кезде тікелей түсірілді.

Жалпы қасиеттері

Қазіргі түсінікте Уранның сақиналар жүйесі он үш түрлі сақинадан тұрады. Планетадан арақашықтығы өсу тәртібімен олар: 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν, μ сақиналары. «Вояджер-2» ғарыш кемесі сақиналар арасындағы бірнеше шаң жолақтарын алға шашырау геометриясында байқады. Сақина бөлшектері фазалық бұрыш нөлге жақын болғанда альбедоның күрт өсуін – қарсылықтың күрт көтерілуін көрсетеді. Сақиналар спектрдің ультракөк және көрінетін бөліктерінде сәл қызыл, ал инфрақызылға жақын бөлігінде сұр түсті. Оларда анық спектральдік ерекшеліктер жоқ. Сақина бөлшектерінің химиялық құрамы белгісіз. Олар Сатурн сақиналары сияқты таза су мұзынан жасалмаған болуы мүмкін, себебі олар тым қараңғы, Уранның ішкі серіктерінен де қараңғырақ. Сақинаның эксцентриктігі оның орбитасы бойындағы жарықтығының өзгеруіне себеп болады. ε сақинасының радиалды интеграцияланған жарықтығы апоапсис жанында ең жоғары, ал периапсис жанында ең төмен. ε сақинасының геометриялық қалыңдығы нақты белгісіз, бірақ сақина өте жұқа – кейбір бағалаулар бойынша 150 м-ге дейін. Мұндай өте кішкентай қалыңдығына қарамастан, ол бірнеше қабат бөлшектерден тұрады. ε сақинасы – әртүрлі дереккөздер бойынша 0,008-ден 0,06-ға дейін бағаланған апоапсис жанындағы толтыру коэффициенті жоғары, тығыз орын. Сигнал 3,6 см толқын ұзындығында сақинаның апоапсисіне жақын алға шашыраудың күшті күшеюіне ұқсайды. Мұндай күшті шашырау жүйелі құрылымның болуын талап етеді. ε сақинасының мұндай нәзік құрылымы көптеген жасыру байқаулары арқылы расталды. δ сақинасының сыртқы өткір жиегі Корделиямен 23:22 резонансында. α және β сақиналарының орбиталық эксцентриктігі және еңістігі айтарлықтай.

6, 5 және 4-сақиналар

6, 5 және 4-сақиналар Уранның ең ішкі және ең әлсіз сақиналары болып табылады. λ сақинасы өте тар – шамамен 1–2 км, ал 2,2 мкм толқын ұзындығында оның оптикалық тереңдігі 0,1–0,2 км-ге тең. λ сақинасының оптикалық тереңдігі толқын ұзындығына күшті тәуелділік көрсетеді, бұл Уран сақина жүйесі үшін ерекше емес. Спектрдің ультракөк бөлігінде теңдес тереңдік 0,36 км-ге жетеді, осының салдарынан λ сақинасы алғаш рет Voyager 2 ғарыш кемесімен ультракөк жұлдыздық тұтқындаулар арқылы ғана анықталды. Сақина Уран ортасынан 37 000 және 39 500 км аралығында, немесе бұлттардан шамамен 12 000 км биіктікте орналасқан. 2003–2004 жылдары Кек телескопы 6-сақинаның ішкі жағында кең және әлсіз материалдың қабатын тапты. Бұл сақина ζ сақинасы деп аталды. ζ сақинасы 2007 жылы сақина жазықтығының қиылысуы кезінде қайта байқалды, ол сақина жүйесінің ең жарқын нысаны болды, барлық басқа сақиналарды бірге басып озды. μ сақинасы – жұптың ең сыртқы сақинасы, ол жарқын η сақинасынан планетаға дейінгі қашықтық бойынша екі есе алыс орналасқан. Бұл μ сақинасының көк түсті болуын білдіреді, ал бұл оның құрамында өте ұсақ (микрометрлік) шаң басым екенін көрсетеді. ν сақинасы керісінше, сәл қызыл түсті.

Динамикасы мен шығу тегі

Уранның тар сақиналарын басқаратын физикаға қатысты шешілмеген мәселе – олардың тұрақсыздығы. Бөлшектерін бірге ұстап тұратын механизм болмаса, сақиналар радиалды бағытта жылдам тарап кетеді. Бұл мәселенің шешімі – жақын орналасқан сыртқы және ішкі «шопандар» деп аталатын екі серіктің сақинамен гравитациялық өзара әрекеттесуі. Олар артық және жеткіліксіз бұрыштық импульсті (немесе эквивалентті түрде, энергияны) тиісінше сіңіріп алушы және беруші рөлін атқарады. Осылайша, «шопандар» сақина бөлшектерін орнында ұстап тұрады, бірақ өзі сақинадан бірте-бірте алыстап кетеді. Уранның сақиналары жас көрінетіндіктен, олар үлкен денелердің соқтығысуынан туындаған сынықтар арқылы үнемі жаңаруы керек. (°)