Астрономия

Ученые впервые подробно изучили состав самых дальних колец Урана. Выяснилось, что одно из них похоже на ледяное облако пыли, а другое богато органикой. Открытие помогает восстановить историю столкновений спутников и показывает, как именно формируются пылевые системы вокруг планет.

Седьмая планета от Солнца известна не только плотными внутренними кольцами, но и двумя более слабыми внешними —ν (ню) и μ (мю). Они расположены далеко от Урана: ν находится на расстоянии примерно 67 тысяч километров от центра планеты, а μ — около 90 тысяч километров. Открыли эти структуры в 2006 году с помощью космического телескопа «Хаббл».

Уже тогда астрономы заметили, что кольца ведут себя необычно: они ярче в свете, рассеянном вперед, а значит, состоят в основном из очень мелкой пыли. Позже данные, полученные при помощи обсерватории Кека (Гавайи), показали, что μ синего оттенка, а ν — красного. Это важная подсказка: синий цвет обычно указывает на очень мелкие ледяные частицы, а красный — на более пыльный материал с примесью сложных органических соединений.

Международная исследовательская группа под руководством Имке де Патер (Imke de Pater) из Калифорнийского университета в Беркли (США) объединила данные сразу трех крупнейших инструментов: телескопа Кека, «Хаббла» и «Джеймса Уэбба». Наблюдения охватывали диапазон от видимого света до ближнего инфракрасного на длинах волн от 0,45 до 5 микрометров. Так ученые смогли изучить спектральные отпечатки колец и понять, из чего они состоят.

Особенно ценными оказались данные  «Уэбба», который наблюдал Уран в 2023-2025 годах на длинах волн до 4,8 микрометра. Именно в этом диапазоне хорошо проявляются характерные признаки льда и органических соединений. Хотя оба кольца показали сильное поглощение порядка трех микрометров, дальше их спектры резко различались. В частности, в μ выявили дополнительный пик излучения на длине 3,6 микрометра, а его спектр сильно напоминал водяной лед. То есть оно, судя по всему, состоит из ледяной пыли меньше одного микрометра.

С ν ситуация была иная. Его спектр больше соответствует пылевому материалу с заметной примесью органики — примерно 10-15 процентов вещества, похожего на толины. Последние представляют собой сложные органические соединения, часто встречающиеся на холодных телах внешней Солнечной системы, например, на Титане или объектах в поясе Койпера. Именно они и придают поверхности красноватый оттенок.

Авторы работы, опубликованной в журнале JGR Planets, также уточнили форму колец. Оба оказались разреженными и тонкими: если смотреть «сверху», они почти прозрачны, а профиль напоминает треугольник с разными направлениями вытягивания: ν постепенно расширяется наружу, а μ — внутрь. Такая геометрия помогает понять происхождение вещества.

Исследователи заключили, что μ, вероятно, постоянно пополняется за счет микрометеоритных ударов по малому ледяному спутнику Маб, который расположен прямо внутри кольца. Когда в поверхность луны врезаются мельчайшие частицы, они выбивают облака ледяной пыли, а затем формируют кольцо. В случае ν механизм другой: его источником могут быть столкновения между пока еще не обнаруженными более крупными телами внутри кольца, а также микрометеоритные удары по ним. Эти родительские объекты, судя по составу кольца, должны содержать органические вещества и быть не такими ледяными, как Маб.

При этом μ, похоже, может меняться со временем. По данным Хаббла, его яркость между 2003 и 2006 годами уменьшилась почти вдвое. То есть даже такие слабые и далекие кольца могут быть не стабильными структурами, а постоянно обновляющимися системами, чувствительными к столкновениям и притоку пыли.

Фактически ученые показали, что внешние кольца Урана — не просто бледные полосы вокруг планеты, а две совершенно разные системы со своей историей происхождения. Одно кольцо рождается из ледяных выбросов спутника, другое — из органической пыли и скрытых тел. Их дальнейшее изучение поможет больше узнать об Уране и процессах, которые формируют планетные системы за пределами Земли.