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.