Спустя 8 лет после открытия Урана, в 1789 году, Гершель, наблюдая «свою» планету, зарисовал кольцо, окружавшее это небесное тело, и сделал запись в дневнике, которая гласила, что обнаруженное им кольцо «короткое, не такое, как у Сатурна». Поскольку никто другой кольца вокруг Урана не видел, это наблюдение Гершеля сочли результатом дефекта оптики его телескопа и на протяжении целых двух столетий даже не вспоминали о «курьезном» сообщении Королевского астронома. Лишь в 1977 году во время исследований атмосферы Урана стало очевидно, что эта планета преподнесла астрономам
Телекамера "Вояджера-2" зафиксировала облик кольцевой системы Урана. Короткие светлые полоски - следы движения звезд за время 96-секундой экспозиции. Снимок сделан с расстояния 236 000 км с разрешением 33 км.
очередной сюрприз, который заставил их вновь обратиться к записям Гершеля. Изучение атмосферы Урана с Земли проводилось в тот момент, когда планета в своем движении по небосводу проходила на фоне далекой звезды, перекрывая собой ее свет. Таким приемом астрономы выполняют «просвечивание» планетных атмосфер, определяя их плотность, состав и другие параметры. Это событие готовились наблюдать многие астрономы (10 марта 1977), в том числе и на летающей американской Койперовской обсерватории, размещенной на самолете "Боинг". Измеряя ослабление света звезды с помощью крупного телескопа (диаметр зеркала 91 см), они надеялись получить новую информацию об атмосфере Урана. Телескоп и аппаратуру включили заранее. Совершенно неожиданно приборы стали фиксировать кратковременные затмения звезды еще до расчетного времени. Они зарегистрировали девять миганий звезды до, а затем и после покрытия ее планетой. Сравнение этих «мельканий», произошедших до и после покрытия звезды Ураном, показало, что они происходили как бы симметрично относительно центра планеты - за одни и те же промежутки времени - как до, так и после покрытия. Что же оказывалось на пути у света, когда Уран приближался к звезде и удалялся от нее? Симметричность перекрытий света позволяла предположить, что объекты, затмевавшие звезду, как-то связаны с самим Ураном. Это могли быть, например, его спутники. Но анализ движения известных спутников Урана показал, что ни один из них не мог быть тем небесным телом, которое затмило свет звезды. Так были открыты девять плотных, узких и далеко отстоящих друг от друга угольно-черных колец Урана. Это стало сенсацией: в Солнечной системе обнаружена вторая после сатурнианской система планетных колец! Они являли собой полные противоположности: светлые и широкие снежные кольца Сатурна - и в тысячу раз более узкие, черные и каменистые кольца Урана причем настолько темных, что в отличие от яркого кольца Сатурна, наблюдаемого на протяжении не одного столетия, их до сих пор не удавалось разглядеть в телескоп. Кольца были названы первыми буквами греческого алфавита в порядке удаления от планеты - (1986 U2R - очень разреженное, полупрозрачное) 6, 5, 4, Альфа, Бета, Эта, Гамма, Дельта, (1986 U1R) Эпсилон. Внешнее - Эпсилон - расположено в 51,1 тыс. км от центра Урана. Оно либо более мощное, чем другие кольца, либо составляющие его глыбы расположены ближе друг к другу, поскольку оно ослабило свет звезды на 90%, а внутренние кольца - не более чем на 50%. Дальнейшие, более тщательные наблюдения показали, что Уран располагает системой из десяти колец. Видимо, кольца Урана состоят из множества отдельных малых тел размером не более 4-6 км, поскольку ни одно из них не перекрыло свет звезды полностью, а лишь ослабило его, причем в разной степени на разных участках колец. В отличие от светлых колец Сатурна кольца Урана очень темные - они отражают лишь З% падающего на них света, а это значит, что они чернее, чем каменный уголь! Таким образом, оказалось, что сделанная в 1789 году Гершелем зарисов ка вполне соответствует новым данным. По сей день, правда, остается загадкой - было ли то дефектом телескопа или же Гершель действительно видел кольца? Если учесть, что Королевский астроном пользовался великолепными оптическими приборами, то вряд ли разумно предположить, что его телескоп имел изъяны. Так почему же тогда никто больше за два века после его смерти ни разу не
"Вояджер-2" - единственный аппарат, исследовавший Уран с близкого расстояния. Над тарелкой антенны, направленной на Землю, - платформа с телекамерами.
наблюдал вокруг Урана никаких колец? Быть может, они быстро потемнели от катастрофического выпадения на них темного материала, выброшенного с одного из малых спутников при соударении с крупным метеоритом? Видимо, ответы на эти вопросы еще немалое время останутся для нас тайной... После открытия колец Урана наблюдалось свыше 200 покрытий звезд планетой, в результате которых изучены свойства и уточнены радиусы его колец. Кольца Урана представляют собой набор из девяти черных "паутинок". Радиусы их орбит лежат в пределах 40-50 тыс. километров, а ширина лишь 1-10 км, и только внешнее кольцо в самой широкой части достигает 96 км. Каждое кольцо шире всего в той части, которая наиболее удалена от планеты. Толщина же их, как и колец Сатурна, ислисляется десятками метров. Частицы, из которых образованы кольца, достигают в размерах нескольких метров. Кольца обладают небольшой эллиптичностью и наклонением к экваториальной плоскости Урана. Они имеют четкие края, и каждое кольцо движется практически как единое целое. В наиболее широких кольцах хорошо просматриваются радиальные структуры километровых масштабов. Стабильность и узость колец создает немало проблем для астрономов. Быть может, возле Урана есть еще неоткрытые спутники, вызвавшие образование таких странных колец? В 1985 г. было обнаружено, что расположение их подчиняется интересным резонансным соотношениям. Ученые выдвинули гипотезу, что между внешней границей колец и Мирандой существует несколько неоткрытых спутников, и даже сумели предсказать радиусы орбит шести предполагаемых спутников в области 50-70 тыс. км от планеты. В январе 1986 г. "Вояджер-2" пролетел мимо Урана и детально исследовал уже известные узкие кольца. Область между плотными кольцами оказалась заполненной прозрачным слоем мелкой пыли. Эта черная пыль расположена неоднородно и образует ряд кольцевых структур. Неожиданно выяснилось, что верхняя атмосфера Урана простирается вплоть до колец, что приводит к быстрому торможению их частиц. Таким образом, проблема происхождения и устойчивости колец оказалась очень сложной.
Планетарные сезоны
По наблюдениям с Земли период вращения Урана вокруг своей оси определить было невозможно. Это удалось сделать лишь при пролете вблизи планеты все того же «Вояджера-2». Выяснилось, что оборот вокруг оси занимает у Урана 17 часов 14 минут. Наиболее надежный метод определения периода вращения дают измерения радиоизлучения магнитосферы планеты, выполняемые с космического аппарата. Так удалось найти периоды вращения Юпитера (9 ч 55,5 мин) и Сатурна (10 ч 39,4 мин). Метод, по существу, дает период вращения магнитосферы. Но так как магнитное поле (если оно имеется у планеты) возбуждается глубоко в ее недрах, оно должно вращаться с тем же периодом, что и глубокие слои. Поскольку ось вращения Урана находится практически в плоскости его орбиты, то он перемещается вокруг Солнца, перекатываясь с боку на бок, а не наподобие юлы, как все остальные планеты. Это одна из наиболее примечательных, хотя до сих пор и не объясненных особенностей Урана. У большинства планет, включая Землю, ось вращения расположена почти вертикально, то есть
Вид кольца Урана с ребра. Темные, как каменный уголь, глыбы диаметром не более 4-6 км движутся вокруг Урана, образуя несколько узких колец. На дальнем плане изображения видно, что издали отдельные камни уже неразличными и кольцо выглядит, как сплошное образование.
перпендикулярно к плоскости орбиты планеты. Вращаясь же вокруг вертикальной оси, они еще и передвигаются по кругу - по своей орбите вокруг Солнца. Такой тип вращения создает ежесуточную смену дня и ночи почти на всей поверхности планеты за исключением приполярных областей, где из-за наклона оси планеты смена светлых и темных периодов происходит реже. Полярный день и полярная ночь длятся, к примеру, на полюсах Земли по полгода. На Уране все обстоит иначе. Его ось вращения не перпендикулярная, а почти параллельная плоскости орбиты, с углом наклона между ними лишь в 8°, что приводит к целому ряду необычных явлений, коих не бывает ни на одной другой планете. Одно из них - исключительно странная и чрезвычайно причудливая картина смены времен года. Один оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84 земных года. 3а это время на нем происходит смена всех 4 сезонов - весны, лета, осени и зимы, продолжительность каждого из которых равна почти 21 земному году. В «разгар» летнего сезона в северном полушарии Урана непрерывный день длится более 20 земных лет. Все это время южное полушарие погружено в сплошную темноту - там «зима», которую можно назвать и полярной ночью. В весенний и осенний периоды на Уране происходят ежесуточные восходы и закаты Солнца. Далее, по мере смещения планеты вдоль орбиты к области, соответствующей зиме в северном полушарии, экстремальные условия освещенности наступают вновь, но теперь уже постоянно освещенным становится южное полушарие, а северное погружается более чем на 20 земных лет в холодный мрак полярной ночи. На полюсах и на экваторе смена времен года происходит совершенно по-разному. На экваторе урановый год включает 2 лета и 2 зимы, и продолжительность этих сезонов соответствует почти 21 земному году. А вот на полюсах бывает лишь по одному лету и одной зиме. Зато длятся они там в 2 раза дольше, чем на экваторе, - по 42 земных года. Планета-колобок. Пожалуй, самая большая загадка Урана - это крайне необычное направление оси его вращения, которая наклонена на 98 градусов, то есть ось вращения Урана лежит почти в плоскости его орбиты. Поэтому движение Урана вокруг Солнца совершенно особенное - он катится вдоль своей орбиты, переворачиваясь с боку на бок, подобно колобку. Такие особенности движения и вращения Урана не согласуются с общей картиной возникновения планет из допланетного облака, все части которого вращались в одном итом же направлении вокруг Солнца. Остается предполагать, что уже сформировавшаяся планета Уран столкнулась с каким-то другим довольно крупным небесным телом, в результате чего ее ось вращения сильно отклонилась от первоначального направления, да так и осталась в этом аномальном положении. Вторая загадка Урана. Тепловое излучение Урана выделяет его из ряда других планет-гигантов. Тепло из их горячих недр постепенно проникает сквозь атмосферу и излучается в космос. Измерения показывают, что тепловой поток от планет-гигантов в 2-2,5 раза больше получаемого от Солнца за одним исключением: Уран отдает лишь чуть больше, чем получает. Еще недавно предполагалось, что тепло излучается за счет небольшого, на миллиметры в год, сжатия гигантов. Но причина оказалась сложнее. Наиболее вероятно, что в результате фазовых переходов водорода, находящегося в условиях колоссальных давлений, гелий становится нерастворимым в водороде и, как более тяжелый элемент, выпадает к центру планеты, что освобождает значительную энергию. Для Урана и Нептуна возможны и другие механизмы выделения тепла. Оказалось, однако, что при близком сходстве Урана и Нептуна существует какая-то причина, по которой на Нептуне этот механизм действует, а на Уране - нет.
