Neptunovy prsteny -Rings of Neptune

Schéma systému Neptun prsten-měsíc. Plné čáry označují kroužky; přerušované čáry označují oběžné dráhy měsíců.

Prstence Neptunu se skládají převážně z pěti hlavních prstenců a byly poprvé objeveny (jako „oblouky“) 22. července 1984 Patrice Bouchet , Reinhold Häfner a Jean Manfroid na observatoři La Silla (ESO) v Chile během pozorovacího programu navrženého André Brahicem. a Bruno Sicardy z pařížské observatoře a na meziamerické observatoři Cerro Tololo F. Vilas a L.-R. Elicer za program vedený Williamem Hubbardem. Nakonec je v roce 1989 vyfotografovala sonda Voyager 2 . Ve své největší hustotě jsou srovnatelné s méně hustými částmi hlavních Saturnových prstencůjako je prstenec C a Cassini Division, ale velká část Neptunova prstencového systému je docela řídká, slabá a zaprášená , více se podobá prstencům Jupiteru . Neptunovy prstence jsou pojmenovány po astronomech, kteří přispěli důležitou prací na planetě: Galle , Le Verrier , Lassell , Arago a Adams . Neptun má také slabý nejmenovaný prsten shodný s oběžnou dráhou měsíce Galatea . Mezi prstenci obíhají další tři měsíce: Naiad , Thalassa a Despina .

Prstence Neptunu jsou vyrobeny z extrémně tmavého materiálu, pravděpodobně organických sloučenin zpracovaných radiací , podobných těm, které se nacházejí v prstencích Uranu . Podíl prachu v prstencích (mezi 20 % a 70 %) je vysoký, zatímco jejich optická hloubka je nízká až střední, méně než 0,1. Adamsův prsten jedinečně obsahuje pět odlišných oblouků, pojmenovaných Fraternité, Égalité 1 a 2, Liberté a Courage. Oblouky zabírají úzký rozsah orbitálních délek a jsou pozoruhodně stabilní, protože se od své první detekce v roce 1980 změnily jen nepatrně. Jak jsou oblouky stabilizovány, je stále předmětem debat. Jejich stabilita však pravděpodobně souvisí s rezonanční interakcí mezi Adamsovým prstencem a jeho vnitřním pastýřským měsícem Galateou.

Objevování a pozorování

Dvojice snímků Neptunova prstencového systému z Voyageru 2

První zmínka o prstencích kolem Neptunu pochází z roku 1846, kdy si William Lassell , objevitel největšího měsíce Neptunu, Tritona , myslel, že viděl prstenec kolem planety. Jeho tvrzení však nebylo nikdy potvrzeno a je pravděpodobné, že šlo o pozorovací artefakt . První spolehlivá detekce prstence byla provedena v roce 1968 zákrytem hvězd , ačkoli tento výsledek zůstal bez povšimnutí až do roku 1977, kdy byly objeveny prstence Uranu . Brzy po objevu Uranu začal tým z Villanova University vedený Haroldem J. Reitsemou hledat prstence kolem Neptunu. 24. května 1981 detekovali pokles jasnosti hvězdy během jednoho zákrytu; nicméně způsob, jakým hvězda potemněla, nenaznačoval prsten. Později, po průletu Voyagerem, bylo zjištěno, že k zákrytu došlo kvůli malému neptunskému měsíci Larissa , což je velmi neobvyklá událost.

V 80. letech 20. století byly významné zákryty pro Neptun mnohem vzácnější než pro Uran, který v té době ležel poblíž Mléčné dráhy a pohyboval se tak proti hustšímu poli hvězd. Další zákryt Neptuna 12. září 1983 vedl k možné detekci prstence. Pozemní výsledky však byly neprůkazné. Během následujících šesti let bylo pozorováno přibližně 50 dalších okultací, přičemž pouze asi jedna třetina z nich přinesla pozitivní výsledky. Něco (pravděpodobně neúplné oblouky) kolem Neptunu určitě existovalo, ale rysy prstencového systému zůstaly záhadou. Sonda Voyager 2 definitivně objevila Neptunské prstence během svého průletu kolem Neptunu v roce 1989, kdy 25. srpna prolétla až 4950 km (3080 mi) nad atmosférou planety. Potvrdila, že příležitostné zákrytové události pozorované dříve byly skutečně způsobeny oblouky v Adamsově prstenci (viz níže). Po průletu Voyagerem byla znovu analyzována předchozí pozorování pozemského zákrytu, což přineslo rysy oblouků prstence tak, jak byly v 80. letech, které se téměř dokonale shodovaly s těmi, které našel Voyager 2 .

Od průletu sondy Voyager 2 byly nejjasnější prstence (Adams a Le Verrier) zobrazeny pomocí Hubbleova vesmírného dalekohledu a pozemských dalekohledů, a to díky pokroku v rozlišení a síle shromažďování světla. Jsou viditelné, mírně nad úrovní hluku pozadí , na vlnových délkách absorbovaných metanem , ve kterých je oslnění Neptunem výrazně sníženo. Slabší prstence jsou stále hluboko pod prahem viditelnosti.

Obecné vlastnosti

Snímek prstence sondy Voyager zobrazený se zvýšeným jasem, aby byly zvýrazněny slabší rysy

Neptun má pět různých prstenců pojmenovaných v pořadí podle vzrůstající vzdálenosti od planety Galle, Le Verrier, Lassell, Arago a Adams. Kromě těchto dobře definovaných prstenců může Neptun také vlastnit extrémně slabou vrstvu materiálu táhnoucí se dovnitř od Le Verrierova prstence ke Galleově prstenci a možná i dále směrem k planetě. Tři Neptunian prsteny jsou úzké, s šířkami asi 100 km nebo méně; naproti tomu prstence Galle a Lassell jsou široké – jejich šířka se pohybuje mezi 2 000 a 5 000 km. Adamsův prstenec se skládá z pěti jasných oblouků zasazených do slabšího souvislého prstence. Při postupu proti směru hodinových ručiček jsou oblouky: Bratrství, Égalité 1 a 2, Liberté a Odvaha. První tři jména pocházejí z „ svoboda, rovnost, bratrství “, heslo Francouzské revoluce a republiky . Terminologii navrhli jejich původní objevitelé, kteří je našli během zákrytů hvězd v letech 1984 a 1985. Čtyři malé neptunské měsíce mají oběžné dráhy uvnitř prstencového systému: Naiad a Thalassa obíhají v mezeře mezi prstenci Galle a Le Verrier; Despina je právě uvnitř prstence Le Verrier; a Galatea leží mírně dovnitř Adamsova prstence, zasazená do nejmenovaného slabého úzkého prstence.

Neptunské prstence obsahují velké množství prachu o velikosti mikrometrů : frakce prachu podle plochy průřezu je mezi 20 % a 70 %. V tomto ohledu jsou podobné prstencům Jupitera , ve kterých je prachová frakce 50 %–100 %, a velmi se liší od prstenců Saturnu a Uranu , které obsahují málo prachu (méně než 0,1 %). Částice v Neptunových prstencích jsou vyrobeny z tmavého materiálu; pravděpodobně směs ledu s radiací zpracovanými organickými látkami . Prstence mají načervenalou barvu a jejich geometrická (0,05) a Bondova (0,01–0,02) albeda jsou podobná jako u částic uranských prstenců a vnitřních Neptunových měsíců . Prsteny jsou obecně opticky tenké (průhledné); jejich normální optické hloubky nepřesahují 0,1. Jako celek se Neptunské prstence podobají prstencům Jupiteru; oba systémy se skládají ze slabých, úzkých, prašných prstenců a ještě slabších širokých prašných prstenců.

Prsteny Neptunu, stejně jako prstence Uranu, jsou považovány za relativně mladé; jejich stáří je pravděpodobně výrazně nižší než u sluneční soustavy . Také prstence Neptunu, stejně jako prstence Uranu, pravděpodobně vznikly srážkovou fragmentací někdejších vnitřních měsíců. Takové události vytvářejí měsíční pásy, které fungují jako zdroje prachu pro prstence. V tomto ohledu jsou prstence Neptunu podobné slabým prašným pásům pozorovaným Voyagerem 2 mezi hlavními prstenci Uranu.

Vnitřní kroužky

Nejvnitřnější prstenec Neptunu se nazývá prstenec Galle podle Johanna Gottfrieda Gallea , prvního člověka, který viděl Neptun dalekohledem (1846). Je asi 2 000 km široký a obíhá 41 000–43 000 km od planety. Je to slabý prstenec s průměrnou normální optickou hloubkou kolem 10 ⁻⁴ a s ekvivalentní hloubkou 0,15 km. Podíl prachu v tomto prstenci se odhaduje od 40 % do 70 %.

Další prstenec je pojmenován prstenec Le Verrier podle Urbaina Le Verriera , který předpověděl polohu Neptuna v roce 1846. S poloměrem oběžné dráhy asi 53 200 km je úzký a má šířku asi 113 km. Jeho normální optická hloubka je 0,0062 ± 0,0015, což odpovídá ekvivalentní hloubce 0,7 ± 0,2 km. Frakce prachu v prstenci Le Verrier se pohybuje od 40 % do 70 %. Malý měsíc Despina , který obíhá právě uvnitř něj ve vzdálenosti 52 526 km, může hrát roli v uvěznění prstence tím, že působí jako pastýř .

Lassellův prstenec , také známý jako náhorní plošina , je nejširším prstencem v Neptunském systému. Je to jmenovec Williama Lassella , anglického astronoma, který objevil největší měsíc Neptunu, Triton . Tento prstenec je slabý plát materiálu, který zabírá prostor mezi prstencem Le Verrier ve vzdálenosti asi 53 200 km a prstencem Arago ve vzdálenosti 57 200 km. Jeho průměrná normální optická hloubka je kolem 10 ⁻⁴ , což odpovídá ekvivalentní hloubce 0,4 km. Prachový podíl prstence je v rozmezí od 20 % do 40 %.

Poblíž vnějšího okraje Lassellova prstence, který se nachází 57 200 km od Neptunu a široký méně než 100 km, je malý vrchol jasnosti, který někteří planetární vědci nazývají prstencem Arago podle Françoise Araga , francouzského matematika, fyzika, astronoma a politika. . Mnoho publikací se však o prstenu Arago vůbec nezmiňuje.

Adamsův prsten

Oblouky v Adamsově prstenci (zleva doprava: Fraternité, Égalité, Liberté), plus prsten Le Verrier na vnitřní straně

Vnější Adamsův prstenec s oběžným poloměrem asi 63 930 km je nejlépe prozkoumaným Neptunovým prstencem. Je pojmenován po Johnu Couch Adams , který předpověděl polohu Neptuna nezávisle na Le Verrierovi. Tento prstenec je úzký, mírně excentrický a nakloněný, s celkovou šířkou asi 35 km (15–50 km) a jeho normální optická hloubka je kolem 0,011 ± 0,003 mimo oblouky, což odpovídá ekvivalentní hloubce asi 0,4 km. Podíl prachu v tomto prstenci je od 20 % do 40 % – nižší než v jiných úzkých prstencích. Neptunův malý měsíc Galatea , který obíhá přímo uvnitř Adamsova prstence ve vzdálenosti 61 953 km, se chová jako pastýř a udržuje částice prstenců v úzkém rozsahu oběžných poloměrů prostřednictvím vnější Lindbladovy rezonance 42:43 . Gravitační vliv Galatey vytváří 42 radiálních chvění v Adamsově prstenci s amplitudou asi 30 km, které byly použity k odvození hmotnosti Galatey .

Oblouky

Nejjasnější části Adamsova prstence, prstencové oblouky, byly prvními prvky Neptunova prstencového systému, které byly objeveny. Oblouky jsou diskrétní oblasti uvnitř kruhu, ve kterých jsou částice, které obsahuje, záhadně shluky dohromady. Je známo, že Adamsův prstenec obsahuje pět krátkých oblouků, které zabírají relativně úzký rozsah zeměpisných délek od 247° do 294°. V roce 1986 byly umístěny mezi zeměpisnými délkami:

• 247–257° (Fraternité),
• 261–264° (Égalité 1),
• 265–266° (Égalité 2),
• 276–280 ° (Liberté),
• 284,5–285,5° (Odvaha).

Nejjasnější a nejdelší oblouk byl Fraternité; nejslabší byla Odvaha. Odhaduje se, že normální optické hloubky oblouků leží v rozmezí 0,03–0,09 (0,034 ± 0,005 pro náběžnou hranu Libertova oblouku, měřeno zákrytem hvězd); radiální šířky jsou přibližně stejné jako u souvislého prstence – asi 30 km. Ekvivalentní hloubky oblouků se pohybují v rozmezí 1,25–2,15 km (0,77 ± 0,13 km pro náběžnou hranu oblouku Liberté). Podíl prachu v obloucích je od 40 % do 70 %. Oblouky v Adamsově prstenci jsou poněkud podobné oblouku v Saturnově prstenci G.

Snímky z Voyageru 2 s nejvyšším rozlišením odhalily výraznou hrudkovitost v obloucích s typickým oddělením mezi viditelnými shluky 0,1° až 0,2°, což odpovídá 100–200 km podél prstence. Vzhledem k tomu, že shluky nebyly vyřešeny, mohou nebo nemusí zahrnovat větší tělesa, ale jsou jistě spojeny s koncentracemi mikroskopického prachu, jak dokazuje jejich zvýšená jasnost při protisvětle Sluncem.

Oblouky jsou poměrně stabilní konstrukce. Byly detekovány pozemskými zákryty hvězd v 80. letech 20. století, sondou Voyager 2 v roce 1989 a Hubbleovým vesmírným dalekohledem a pozemskými dalekohledy v letech 1997–2005 a zůstaly na přibližně stejných orbitálních délkách. Některé změny však byly zaznamenány. Celková jasnost oblouků se od roku 1986 snížila. Oblouk Courage poskočil vpřed o 8° na 294° (pravděpodobně přeskočil do další stabilní korotační rezonanční polohy), zatímco oblouk Liberté do roku 2003 téměř zmizel. Fraternité a Égalité ( 1 a 2) oblouky prokázaly nepravidelné změny v jejich relativní jasnosti. Jejich pozorovaná dynamika pravděpodobně souvisí s výměnou prachu mezi nimi. Courage, velmi slabý oblouk nalezený během průletu Voyagerem, byl viděn v jasnosti v roce 1998; do června 2005 se vrátila do svého obvyklého šera. Pozorování ve viditelném světle ukazují, že celkové množství materiálu v obloucích zůstalo přibližně konstantní, ale ve vlnových délkách infračerveného světla, kde byla pořízena předchozí pozorování, jsou slabší.

Vězení

Oblouky v Adamsově prstenci zůstávají nevysvětleny. Jejich existence je hádankou, protože základní orbitální dynamika naznačuje, že by se měly během několika let rozprostřít do jednotného prstence. Bylo navrženo několik teorií o zadržení oblouků, z nichž nejrozšířenější tvrdí, že Galatea omezuje oblouky prostřednictvím své 42:43 korotační inklinační rezonance (CIR). Rezonance vytváří 84 stabilních míst podél oběžné dráhy prstence, každé o délce 4°, s oblouky sídlícími v sousedních místech. Nicméně měření středního pohybu prstenců pomocí dalekohledů Hubble a Keck v roce 1998 vedlo k závěru, že prstence nejsou v CIR s Galateou.

Pozdější model naznačil, že omezení je výsledkem korotační excentrické rezonance (CER). Model bere v úvahu konečnou hmotnost Adamsova prstence, která je nezbytná pro posunutí rezonance blíže prstenci. Vedlejším produktem této teorie je odhad hmotnosti Adamsova prstence – asi 0,002 hmotnosti Galatey. Třetí teorie navržená v roce 1986 vyžaduje další měsíc obíhající uvnitř prstence; oblouky jsou v tomto případě uvězněny ve svých stabilních Lagrangeových bodech . Pozorování Voyageru 2 však kladla přísná omezení na velikost a hmotnost jakýchkoli neobjevených měsíců, takže taková teorie je nepravděpodobná. Některé další komplikovanější teorie tvrdí, že řada měsíčků je uvězněna v korotačních rezonancích s Galateou, které zajišťují omezení oblouků a současně slouží jako zdroje prachu.

Průzkum

Prstence byly podrobně prozkoumány během průletu sondy Voyager 2 kolem Neptunu v srpnu 1989. Byly studovány pomocí optického zobrazování a prostřednictvím pozorování zákrytů v ultrafialovém a viditelném světle. Kosmická sonda pozorovala prstence v různých geometriích vzhledem ke Slunci a produkovala snímky zpětně rozptýleného světla , dopředu rozptýleného světla a světla rozptýleného do strany. Analýza těchto snímků umožnila odvození fázové funkce (závislost odrazivosti prstence na úhlu mezi pozorovatelem a Sluncem) a geometrické a bondovské albedo částic prstenu. Analýza snímků Voyageru také vedla k objevu šesti vnitřních měsíců Neptunu , včetně Adamsova prstenu ovčáka Galatea .

Vlastnosti

*Otazník znamená, že parametr není znám.

Poznámky

Reference

externí odkazy

• Neptunovy prstence podle průzkumu sluneční soustavy NASA
• Gazetteer of Planetary Nomenclature – Ring and Ring Gap Nomenclature (Neptun), USGS