Впервые ученые провели детальное исследование состава удаленных колец Урана. Оказалось, что одно из них напоминает ледяное облако, состоящее из пыли, а другое отличается высоким содержанием органических соединений. Это открытие позволяет лучше понять историю столкновений спутников и проясняет механизмы формирования пылевых систем вокруг планет.
Седьмая планета от Солнца знаменита не только плотными внутренними кольцами, но и двумя более разреженными внешними – ν (ню) и μ (мю). Они находятся на значительном удалении от Урана: кольцо ν расположено на расстоянии приблизительно 67 тысяч километров от центра планеты, а μ – около 90 тысяч километров. Эти структуры были открыты в 2006 году при помощи космического телескопа «Хаббл».
Еще в то время астрономы обратили внимание на странное поведение колец: они оказываются более заметными в рассеянном вперед свете, что говорит об их составе, преимущественно состоящем из очень мелкой пыли. Более поздние данные, полученные с помощью обсерватории Кека на Гавайях, продемонстрировали, что μ имеет синий оттенок, а ν – красный. Это является важным ключом к пониманию: синий цвет, как правило, свидетельствует о наличии очень мелких ледяных частиц, а красный – о более пыльном материале, содержащем сложные органические соединения.
Объединив усилия, международная группа исследователей во главе с Имке де Патер из Калифорнийского университета в Беркли (США) использовала данные, полученные с трех ведущих обсерваторий: телескопа Кека, «Хаббла» и «Джеймса Уэбба». В процессе наблюдений применялся диапазон длин волн от 0,45 до 5 микрометров, охватывающий видимый свет и ближний инфракрасный спектр. Это позволило ученым проанализировать спектральные характеристики колец и определить их состав.
Данные, полученные «Уэббом» в период с 2023 по 2025 год при наблюдениях Урана на длинах волн до 4,8 микрометра, оказались особенно значимыми. Этот диапазон спектра позволяет наиболее отчетливо увидеть признаки наличия льда и органических соединений. Несмотря на то, что оба кольца демонстрировали сильное поглощение в районе трех микрометров, их спектральные характеристики далее значительно отличались. В частности, в μ был зафиксирован дополнительный пик излучения на длине 3,6 микрометра, спектр которого во многом напоминает водяной лед. Следовательно, вероятно, оно состоит из ледяной пыли, размер частиц которой не превышает одного микрометра.
В случае ν обстановка сложилась иначе. Его спектральные характеристики больше соответствуют пылевому материалу, содержащему ощутимое количество органики — около 10–15 процентов вещества, напоминающего толины. Толины – это сложные органические соединения, которые часто обнаруживаются на холодных объектах, расположенных во внешней Солнечной системе, таких как Титан или тела пояса Койпера. Как раз они и обуславливают красноватый цвет поверхности.
Авторы работы, опубликованной в журнале JGR Planets, кроме того, были уточнены параметры формы колец. Выяснилось, что оба они имеют низкую плотность и небольшую толщину: при взгляде «сверху» они почти незаметны, а в профиль напоминают треугольник с неравномерным вытягиванием сторон: кольцо ν расширяется в направлении от центра, а кольцо μ — к центру. Подобная структура позволяет лучше понять природу происхождения вещества.
По мнению ученых, запас вещества μ, скорее всего, непрерывно пополняется в результате воздействия микрометеоритов на небольшой ледяной спутник Маб, находящийся непосредственно в кольце. При попадании микроскопических частиц на поверхность луны, происходит выброс ледяной пыли, которая впоследствии формирует кольцо. В случае ν, образование кольца обусловлено иным механизмом: источником могут быть столкновения между пока что не обнаруженными крупными объектами, находящимися внутри кольца, а также микрометеоритные удары по ним. Анализ состава кольца позволяет предположить, что эти объекты-прекурсоры содержат органические вещества и менее ледяные, чем Маб.
Судя по всему, значение μ может варьироваться в зависимости от времени. Согласно наблюдениям Хаббла, его светимость снизилась почти вдвое в период с 2003 по 2006 год. Это указывает на то, что даже такие тусклые и удалённые кольца могут представлять собой нестабильные образования, постоянно возобновляющиеся системы, подверженные воздействию столкновений и поступлению пыли.
Исследования, проведенные учеными, продемонстрировали, что внешние кольца Урана представляют собой не просто слабые полосы вокруг планеты, а две отличные друг от друга системы с уникальной историей формирования. Одна из них возникает в результате выбросов льда со спутника, а вторая – из органической пыли и скрытых небесных тел. Более глубокое изучение этих колец позволит расширить знания об Уране и процессах, определяющих формирование планетных систем, расположенных за пределами нашей планеты.