خلال أواخر السبعينيات ، اكتشف العلماء اكتشافًا مثيرًا للاهتمام حول عمالقة الغاز في النظام الشمسي. بفضل الملاحظات المستمرة باستخدام البصريات المحسنة ، تم الكشف عن أن عمالقة الغاز مثل أورانوس - وليس فقط زحل - لديهم أنظمة حلقة حولهم. والفرق الرئيسي هو أن أنظمة الحلقات هذه لا يمكن رؤيتها بسهولة من مسافة بعيدة باستخدام البصريات التقليدية وتتطلب توقيتًا استثنائيًا لرؤية الضوء ينعكس عليها.
طريقة أخرى لدراستها هي مراقبة كوكبها في الأطوال الموجية للأشعة تحت الحمراء أو الراديو. وقد ظهر ذلك مؤخرًا من قبل فريق من علماء الفلك الذين أجروا ملاحظات على أورانوس باستخدام صفيف Atacama الكبير المليمتر / المليمتر الصغير (ALMA) والتلسكوب الكبير جدًا (VLT). بالإضافة إلى الحصول على قراءات درجة الحرارة من الحلقات ، فقد أكدوا ما شكه العديد من العلماء حولهم لبعض الوقت.
ظهرت الدراسة التي تصف نتائجها ، "الانبعاثات الحرارية من نظام الحلقة اليورانية" ، في الآونة الأخيرة المجلة الفلكية. تألف فريق الدراسة من إدوارد مولتر وإيمكي دي باتر من جامعة كاليفورنيا ، بيركلي (الذي أجرى ملاحظات ALMA) بينما أجرى مايكل رومان ولي لي فليتشر (من جامعة ليستر) ملاحظات VLT.
بينما وصف ويليام هيرشل رؤية حلقة محتملة حول أورانوس في وقت مبكر من عام 1789 ، لم يتم اكتشاف حلقات أورانوس بشكل نهائي حتى عام 1977 من قبل فريق يستخدم مرصد كويبر الجوي المحمول التابع لناسا. أكدت هذه الملاحظات وجود أربع حلقات ، في حين تم اكتشاف ستة إضافية بعد ذلك بوقت قصير. متى فوييجر 2 اجتاز أورانوس في 1986 ، وحصل على أول صور مباشرة للحلقات واكتشف أحد عشر.
منذ ذلك الحين ، ارتفع العدد الإجمالي للحلقات التي تمت ملاحظتها إلى ثلاثة عشر. بالإضافة إلى ملاحظات من قبل تلسكوب هابل الفضائي وأكد مرصد كيك وجود حلقتين غير معروفتين سابقًا تدوران حول أورانوس على مسافة أكبر بكثير باللون الأزرق والأحمر. هذا يشير إلى أن هذه "الحلقات الخارجية" لها تركيبة مختلفة عن الحلقات الداخلية (وهي رمادية).
على الرغم من هذه الاكتشافات ، فإن الفهم التفصيلي لحلقات أورانوس (بما في ذلك حجم وتوزيع جزيئاته) ظل ضعيفًا حتى الآن. ولهذا السبب اجتمع الفريق معا
ما كشفته هذه البيانات المجمعة هو أن درجة حرارة نظام أورانوس تبلغ 77 كلفن (-196 درجة مئوية ؛ -320 درجة فهرنهايت). أكدت الملاحظات أيضًا أن الحلقة الأكثر سطوعًا وكثافةًا لأورانوس (حلقة إبسيلون) تختلف عن أنظمة الحلقة المعروفة الأخرى في نظامنا الشمسي. كما أوضح Imke de Pater ، أستاذ علم الفلك في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، في مقابلة مع Berkeley News:
"الحلقات الجليدية لكوكب زحل عريضة ومشرقة وتحتوي على مجموعة من أحجام الجسيمات ، من الغبار بحجم الميكرون في الأعمق D حلقة، إلى عشرات الأمتار في الحلقات الرئيسية. الطرف الصغير مفقود في الحلقات الرئيسية لأورانوس. تتكون الحلقة الأكثر سطوعًا ، إبسيلون ، من صخور بحجم كرة الجولف وأكبر حجماً. "
وهذا يميز حلقة إبريلون لأورانوس عن حلقات زحل ، التي تتكون من ثلج الماء وكميات ضئيلة من الغبار الذي يتراوح حجمه من ميكرومتر إلى متر. وهو أيضًا على خلاف مع حلقات المشتري ، التي تحتوي في الغالب على جزيئات صغيرة الحجم ميكرون وحلقات نبتون التي غالبًا ما تكون غبارًا. حتى حلقات أورانوس الرئيسية تحتوي أيضًا على صفائح غبار واسعة بينهما.
من المهم معرفة تكوين وتوزيع المادة في أنظمة الحلقات هذه
"نحن نعلم بالفعل أن حلقة إبسيلون غريبة بعض الشيء ، لأننا لا نرى الأشياء الصغيرة. هناك شيء ما كان يزيل الأشياء الصغيرة ، أو كل شيء يتأرجح معًا. نحن فقط لا نعرف. هذه خطوة نحو فهم تكوينها وما إذا كانت جميع الحلقات تأتي من نفس مادة المصدر ، أو مختلفة لكل حلقة.
"إن حلقات أورانوس مختلفة التركيب من الحلقة الرئيسية لزحل ، بمعنى أنه في البصريات والأشعة تحت الحمراء ، البياض أقل بكثير: فهي مظلمة حقًا ، مثل الفحم. كما أنها ضيقة للغاية مقارنة بحلقات زحل. وتتراوح الحلقة الأوسع ، حلقة إبسيلون ، من 20 إلى 100 كيلومتر ، بينما يبلغ عرض زحل 100 أو عشرات الآلاف من الكيلومترات ".
وقد لوحظ هذا النقص في الجسيمات حجم الغبار لأول مرة عندما فوييجر 2 طار المسبار الفضائي بواسطة الكوكب عام 1986 ، لكن المركبة الفضائية كانت غير قادرة على قياس درجة حرارة الحلقات في ذلك الوقت. ومع ذلك ، تم تصميم كل من ملاحظات VLT و ALMA (جزئيًا) لتكون قادرة على استكشاف هيكل درجة حرارة الغلاف الجوي لأورانوس.
ومن المثير للاهتمام أن هذا هو بالضبط ما كان فريق الدراسة يحاول القيام به في ذلك الوقت. لكن عندما خفضوا البيانات ، لاحظوا شيئًا أكثر إثارة للإعجاب: حلقات أورانوس تلمع بشكل مشرق. قال مولتر "إنه لأمر رائع أن نتمكن من القيام بذلك باستخدام الأدوات التي لدينا". "كنت أحاول فقط تصوير الكوكب بأفضل ما أستطيع ورأيت الحلقات. كان رائع."
نتائج هذه الدراسة مثيرة بشكل خاص عندما تفكر في أن التلسكوبات من الجيل التالي التي ستأخذها إلى الفضاء في السنوات القادمة (مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي) ستكون قادرة على عرض الحلقات بدقة وحساسية أكبر. ستسمح هذه الملاحظات لعلماء الفلك بوضع قيود طيفية محسنة بشكل كبير على نظام حلقات أورانوس ، وربما تلك الخاصة بعمالقة الغاز الأخرى.
