Neptunuksen renkaat: Adamsin rengas, rengaskaaret ja partikkelit
Tutustu Neptunuksen renkaisiin: Adamsin rengas, ainutlaatuiset rengaskaaret ja tummat partikkelit — löydä niiden rakenne, synty ja kuiden vaikutus uloimpiin renkaihin.
Neptunus-planeetalla on himmeä planeettarenkaiden järjestelmä, joka koostuu useista erillisistä renkaista ja joistakin "rengaskaarista". Rengaskaaret ovat osa ulointa rengasta, jota kutsutaan Adamsin renkaaksi, eikä niitä näy missään muualla. Rengaspartikkelit (pienet osat) ovat epätavallisen tumman värisiä, ja niissä on suuria määriä mikroskooppista pölyä. Neptunuksella on kolmetoista tunnettua kuuta. Neljä niistä kiertää planeettaa uloimpien renkaiden sisällä.
Rengasjärjestelmän rakenne ja nimet
Neptunuksen renkaat ovat erittäin himmeitä ja harvakseltaan jakautuneita verrattuna vaikkapa Saturnuksen renkaille. Tunnetuimmat rengasyksiköt ovat:
- Adams – uloin ja tunnetuin, jossa rengaskaaret sijaitsevat;
- Le Verrier – Adamsin sisäpuolella;
- Lassell ja Galle – lähempänä planeettaa;
- joissakin luetteloissa mainitaan myös heikosti erottuvat välialueet kuten Arago.
Rengaskaaret
Adamsin renkaassa esiintyvät rengaskaaret ovat poikkeuksellinen piirre: ne ovat tiheämpiä, leveämpiä ja kirkkaampia osioita renkaassa eivätkä muodostu täydellisiksi rengasiksi ympäri planeettaa. Tunnetuimpia kaaria ovat Liberté, Égalité, Fraternité ja Courage (Courage on hyvin himmeä ja ajoittain vaikeasti havaittava). Näiden kaarien pysyvyys ja muoto liittyvät vuorovaikutuksiin läheisten kuiden ja renkaiden väliseen dynamiikkaan.
Dynamiikka ja säännöstely
Rengaskaarten pitkän aikavälin käyttäytyminen selittyy osin resonansseilla ja gravitaatiovaikutuksilla. Erityisesti kuun Galatea ajatellaan toimivan eräänlaisena "shepherd"-kulkijana, joka ylläpitää Adamsin renkaan kaarimuotoja gravitaatiovaikutuksillaan ja resonansseillaan. Havainnot osoittavat kuitenkin, että kaaret voivat muuttua ajan mittaan — niiden kirkkaus ja sijainti voivat vaihdella vuosikymmenien kuluessa.
Partikkelien ominaisuudet
Neptunuksen rengaspartikkelit ovat erittäin tummia ja absorbentteja, mikä viittaa siihen, että niiden pinta on peittynyt orgaanisilla yhdisteillä (esim. raskaat hiilivedyt tai niin sanotut tholiinit) ja pölyllä. Partikkelikoko vaihtelee hienojakoisesta pölystä aina karkeampiin muruihin ja kivimäisiin kappaleisiin; renkaiden optinen tiheys on kuitenkin matala, joten suurin osa renkaasta koostuu hyvin harvasta aineesta. Heikko albedo (heijastuvuus) tekee renkaista vaikeasti havaittavia näkyvän valon aallonpituuksilla.
Havaitseminen ja tutkimus
Neptunuksen renkaista saatiin ensimmäiset viitteet maasta tehtyjen tähtien pimennysten (okkultaatioiden) havainnoista ennen avaruusluotaimien aikakautta. Vuonna 1989 NASA:n Voyager 2 -luotain ohitti Neptunuksen ja vahvisti renkaiden ja rengaskaarten olemassaolon läheisillä kuvillaan ja mittauksillaan. Myöhemmät maapohjaiset ja avaruuteen sijoitetut havainnot ovat seuranneet renkaiden muutoksia ja auttaneet ymmärtämään niiden koostumusta ja dynamiikkaa.
Miksi Neptunuksen renkaat ovat kiinnostavia?
- Neptunuksen rengaskaaret ovat ainutlaatuisia verrattuna muihin aurinkokunnan renkaisiin ja tarjoavat näytteen monimutkaisesta gravitaatiodynamiikasta.
- Ne auttavat ymmärtämään, miten pienet kuut ja partikkelit vuorovaikuttavat ja muokkaavat renkaita ajan kuluessa.
- Rengaspartikkelien tumma pinta antaa tietoa kemiallisista prosesseista ja avaruuden säteilyn vaikutuksista orgaaniseen aineeseen.
Vaikka Neptunuksen renkaat ovat himmeät ja vaikeasti havaittavat, ne tarjoavat arvokkaita vihjeitä planeetan kehityksestä, kuiden vaikutuksista ja rengasdynamiikasta laajemminkin.
Neptunuksen renkaat.
Löydöt ja havainnot
Neptunuksen ympärillä olevat renkaat eivät näkyneet Maasta käsin vahvoilla kaukoputkilla. Todisteet niiden olemassaolosta nähtiin ensimmäisen kerran, kun tutkijat tarkkailivat planeettaa sen kulkiessa Maan ja tähden välistä. (Kun näin tapahtuu, tähden valo peittyy. Tätä kutsutaan "tähtipeitteisyydeksi"). Tutkijat seurasivat tätä 50 kertaa, ja viidellä näistä kerroista 1980-luvun alussa he näkivät tähden vilkkuvan hieman juuri ennen tai jälkeen planeetan peittymisen. Tämä tarkoitti, että planeetan ympärillä olevat renkaat peittivät valon, mutta renkaat eivät olleet täydellisiä.
Vuonna 1989 miehittämätön avaruusalus Voyager 2 lensi Neptunuksen ohi. Voyager 2 lähetti takaisin kuvia, jotka antoivat suurimman osan tiedemiesten nykyisistä tiedoista Neptunuksen renkaista. Kuvat auttavat tutkijoita myös tietämään, miksi renkaat näyttivät epätäydellisiltä. Kuvat antoivat lähempää näkymää, mutta ne myös osoittivat renkaat tavalla, jota ei voi koskaan nähdä Maasta käsin. Maasta katsottuna renkaat näkyvät aina auringon valon paistaessa niitä kohti. Kun avaruusalus ohitti planeetan, se otti kuvia, joissa aurinko paistoi myös renkaiden taakse. Renkaiden suuret hiukkaset näyttivät tummilta auringonvaloa vasten, mutta kaikki pienet pölyhiukkaset (mikroskooppinen pöly) loistivat kirkkaina, kun aurinko oli niiden takana. Näin tutkijat saivat selville, mistä renkaat koostuivat ja miten kaikki hiukkaset olivat järjestäytyneet.
Koska on kehitetty entistä parempia teleskooppeja, tutkijat voivat nyt nähdä osan renkaista Maasta käsin. Neptunuksen kirkkaus vaikeuttaa renkaiden näkemistä, sillä renkaat ovat paljon himmeämpiä, eikä kaikkein heikoimmat renkaat näy vieläkään edes erittäin tehokkailla teleskoopeilla.
Adamsin rengas ja rengaskaaret
Neptunuksen renkaista tunnetuin on ohut ulompi Adamsin rengas, joka on kuitenkin hyvin vaikeasti havaittavissa verrattuna Saturnuksen tai Uranuksen renkaisiin. Se sai alun perin nimekseen 1989 N1R. Adamsin rengas on kuuluisa siksi, että siinä on piirre, jota ei ole nähty muilla planeettojen renkailla. Ne ovat kolme pitkää kapeaa "kaarta", jotka ovat paljon kirkkaampia ja näyttävät kiinteämmiltä kuin muu rengasjärjestelmä. Kukin niistä ulottuu 4-10° koko renkaasta. Kaikki kaaret ovat lähellä toisiaan, ja ne ulottuvat alle 40° pituusasteelle eli vain noin 1/8 renkaan reunasta. On ollut arvoitus ymmärtää, miksi näissä kaarissa oleva aines ei jakaudu tasaisesti koko renkaaseen.
Kolme kaarta on nimetty ranskalaisilla nimillä Liberté, Égalité ja Fraternité. Nämä nimet ovat peräisin Ranskan vallankumouksen kuuluisasta sanonnasta, joka suomeksi tarkoittaa "Liberty, Equality and Brotherhood!". Nimiä ehdottivat tutkijat, jotka havaitsivat ne tähtien peittymisen aikana vuosina 1984 ja 1985.
Neljä Neptunuksen 13 kuusta on rengasjärjestelmän sisällä. Se, joka on lähimpänä Aatamin rengasta, on nimeltään Galatea. Se on muhkea kivimassa, joka kiertää planeettaa suunnilleen samalla nopeudella kuin planeetta pyörii. Se on noin 1000 kilometriä renkaan sisällä.
Monet tiedemiehet uskovat nyt, että Galatea-kuun vaikutus aiheuttaa kolme kaarta Aatamin renkaassa. Renkaassa on myös 42 heilahdusta, jotka ovat kuin 30 kilometrin korkuisia aaltoja. Tutkijat pystyvät tämän tiedon avulla laskemaan Galatea-kuun massan. .
Parhaat Voyager 2:sta saadut kuvat osoittivat, että renkaissa on hiukkasryppäitä, mutta kukaan ei osaa sanoa, koostuvatko ne hienosta pölystä vai onko rykelmissä mahdollisesti myös suurempia hiukkasia. Kaikissa Neptunuksen renkaissa on paljon mikroskooppisen pientä pölyä, mutta erityisesti Aatamin renkaan kaarissa. Tutkijat tietävät tämän, koska ne näyttivät hyvin kirkkailta kuvissa, jotka Voyager 2 otti auringon paistaessa niiden takaa. Neptunuksen renkaissa on paljon enemmän pölyä kuin Saturnuksen renkaissa.
Adamsin rengas on hyvin punainen. Renkaan muodostavat taustahiukkaset näyttävät kaksi kertaa kirkkaammilta kolmen kaaren lähellä kuin renkaan kaaria vastapäätä olevalla puolella.
Kaaren dynamiikka
Hubble-avaruusteleskoopin ja adaptiivisen optiikan maateleskooppien myötä rengaskaaria on tutkittu uudelleen useita kertoja heinäkuusta 1998 alkaen. Tämä on osoittanut, että ne ovat hämmästyttävän aktiivisia ja muuttuvat paljon vain muutaman vuoden aikana: Fraternité ja Égalité ovat vaihtaneet materiaalia ja muuttaneet selvästi pituuttaan. Vielä dramaattisempaa on, että Liberté näyttää hiipuvan, sillä vuonna 2003 se oli vain 30 prosenttia alkuperäisestä, vuoden 1989 kirkkaudestaan, ja se tuskin näkyy Hubble-avaruusteleskoopin kuvissa kesäkuussa 2005. Sillä välin se näyttää saaneen kahtiajakautuneen kaksoiskumpuprofiilin ja vaeltaneen useita asteita lähemmäs vakaampaa Égalitéa. Couragen, joka oli hyvin pieni ja himmeä kaari Voyagerin ohilennon aikana, nähtiin kirkastuvan vuonna 1998, kun taas äskettäin se oli palannut tavanomaiseen himmeyteensä, mutta oli edennyt vielä 8 astetta muita kaaria edemmäs. Toisin sanoen se näyttää siirtyneen seuraavaan vakaaseen korotaatioresonanssiasentoon. On myös esitetty, että rengaskaaret olisivat saattaneet normaalisti hiipua. Näkyvän valon havainnot osoittavat kuitenkin, että kaarien kokonaisainemäärä on pysynyt suunnilleen vakaana, mutta ne ovat himmeämpiä infrapunassa, jossa aiemmat havainnot on tehty. Tätä rengaskaarien aktiivisuutta ei tällä hetkellä ymmärretä.
Adamsin renkaan kaaret (vasemmalta oikealle: Egalité, Fraternité, Liberté) ja LeVerrierin rengas sisäpuolella.
Sisärenkaat
Ulomman Adamsin renkaan lisäksi muita Neptunuksen pinnan suuntaisia rengasjärjestelyjä ovat:
- Nimetön, epäselvä, kokkareinen pölyrengas Galatean kiertoradalla.
- Suuri Lassellin rengas (1989 N4R) on ohut levy, joka ulottuu 4000 kilometrin päähän sisäänpäin ja jonka säde on noin 59 200 kilometriä. Se on pölyinen, mutta vähemmän pölyinen kuin jotkut muut renkaat, ja se on tässä tilanteessa verrattavissa Adamsin renkaan yhtenäiseen kappaleeseen. Sen ulkoreunalla on kirkkauden eneneminen, jota on kutsuttu Arago-renkaaksi (1989 N5R), ja Lassellin renkaan sisäreuna rajoittuu LeVerrierin renkaaseen.
- Kapea LeVerrierin rengas (1989 N2R) on toiseksi tunnetuin Neptunuksen renkaista, ja se sijaitsee juuri ja juuri Despina-kuun radan ulkopuolella noin 700 km:n päässä. Se on hyvin pölyinen ja muistuttaa hyvin paljon rengaskaaria.
- Sisin Galle-rengas (1989 N3R) on hyvin pieni eikä sitä tunneta kovin hyvin. Se sijaitsee syvällä Neptunuksen sisimmän kuun, Naiadin, radan sisällä. Gallen rengas on hyvin pölyinen rengaskaarien tapaan.
Voyagerin kuvien perusteella näyttää myös siltä, että Gallen rengasta ympäröivän 50 000 kilometrin säteellä on laaja hajallaan olevan materiaalin kiekko, mutta sitä on vaikea erottaa Neptunuksen kirkkaudesta, ja siksi sen olemassaolo on epävarmaa.
Etsiä