Astronomowie lepiej zrozumieli skład i pochodzenie pierścieni Urana

Nowe badanie rzuca światło na pierścienie Urana, ujawniając ich zaskakująco różny skład i pochodzenie. Dzięki danym z teleskopów kosmicznych i obserwatoriów naziemnych naukowcy odkryli, że dwa zewnętrzne pierścienie planety powstały w zupełnie odmienny sposób.

Pierścienie Urana skrywają różne historie powstania

W ramach nowego badania naukowcy z University of California, Berkeley, korzystając z W. M. Keck Observatory na Hawajach, odkryli nowe informacje na temat składu i pochodzenia dwóch zewnętrznych pierścieni Urana. Wykorzystując dane z Keck Observatory Archive (KOA), połączone z obserwacjami wykonanymi przez Kosmiczny Teleskop Hubble’a (HST) oraz Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), astronomowie uchwycili światło słoneczne odbite od pierścieni „μ” oraz „ν”, co pozwoliło odkryć ich szczegółowy skład. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Journal of Geophysical Research: Planets”.

Pierścienie te są szczególne, ponieważ są nadzwyczaj słabe i krążą wewnątrz zatłoczonego systemu 14 wewnętrznych księżyców planety. Wyniki wskazują na dwie bardzo różne historie ich powstania.

„Analizując światło z tych pierścieni, mogliśmy prześledzić zarówno rozkład wielkości cząstek, jak i ich skład, co rzuciło światło na ich pochodzenie, oferując nowy wgląd w to, jak system Urana i planety jemu podobne mogą formować się i ewoluować” – mówi Imke de Pater z University of California, Berkeley.

Niebieski i czerwony – co zdradza kolor pierścieni Urana?

Jak opisują astronomowie, choć krążą wokół tej samej planety, pierścienie „μ” i „ν” Urana są różne. Wcześniejsze obserwacje pokazały, że pierścień „μ” wydawał się niebieski, co jest sygnaturą niezwykle małych cząstek, podczas gdy czerwonawy odcień pierścienia „ν” wskazywał na bardziej typową budowę pyłową. To, dlaczego pierścienie tak bardzo się od siebie różniły, pozostawało jednak zagadką.

W nowym badaniu naukowcy wykorzystali wszystkie dane zebrane przez Teleskop Webba przy różnych długościach fal podczerwonych, w połączeniu z obserwacjami z W. M. Keck Observatory i Teleskopu Hubble’a, aby skonstruować pełne widmo od zakresu widzialnego po podczerwień. Analizując sposób, w jaki światło słoneczne odbija się od pierścieni, byli w stanie zidentyfikować silną cechę absorpcyjną w pobliżu długości fali 3 mikronów (3 milionowe części metra), widoczną w podczerwieni dla obu pierścieni.

Lód kontra skały: skład pierścieni Urana pod lupą

Poza tą wspólną cechą struktury te znacząco się różniły – pierścień „μ” dokładnie pasował do sygnatury widmowej lodu wodnego, podczas gdy pierścień „ν” składał się z materiału skalnego zmieszanego z około 10–15% bogatych w węgiel związków organicznych, powszechnie występujących w zewnętrznym Układzie Słonecznym.

Pierścień „μ” wydawał się składać z maleńkich lodowych ziaren wyrzuconych z małego (o wielkości 12 km) księżyca planety, Mab, w trakcie uderzeń mikrometeorytów. Co ciekawe, skład pierścienia potwierdza również, że księżyc ten najpewniej zbudowany jest głównie z lodu wodnego.

„W przeciwieństwie do niego materiał pierścienia ν pochodzi z uderzeń mikrometeorytów i kolizji między niewidocznymi ciałami skalnymi bogatymi w materiały organiczne, które muszą krążyć między niektórymi ze znanych księżyców. Jednym z interesujących pytań jest to, dlaczego ciała macierzyste będące źródłem tych pierścieni tak bardzo różnią się składem” – zaznacza Imke de Pater.

Dlaczego pierścienie Urana wciąż zaskakują naukowców?

Pierścienie Urana zostały odkryte w 1977 roku, kiedy astronomowie zaobserwowali wielokrotne przygasanie gwiazdy, przed którą przechodziła planeta, co wskazywało na otaczający ją materiał. W tamtym czasie tylko Saturn był znany z posiadania pierścieni, co czyniło Urana drugą znaną planetą z tego rodzaju strukturami w Układzie Słonecznym.

W przeciwieństwie do jasnych, łatwo widocznych pierścieni Saturna, te Urana są słabe i wąskie, co czyni je znacznie trudniejszymi do zbadania. Z czasem, dzięki sondzie NASA Voyager 2 oraz obserwacjom Teleskopu Hubble’a, zidentyfikowano dodatkowe pierścienie, stopniowo ujawniając bardziej złożony system.

Zdaniem astronomów nowe badanie rodzi kolejne pytanie – dlaczego księżyc Mab, źródło pierścienia „μ”, tak bardzo różni się od innych, bardziej skalistych wewnętrznych naturalnych satelitów Urana?

„Widzimy przesłanki, że jasność pierścienia μ zmienia się w czasie, a to, co może powodować te zmiany, wciąż pozostaje tajemnicą” – podsumowuje Matt Hedman z University of Idaho.

Emil Gołoś