Несмотря на сложность наземных наблюдений таких слабых' далеких объектов, как спутники Урана, астрономы прошлого открыли практически все крупные спутники этой гигантской планеты. Схема их орбит (без новых спутников, обладающих очень малыми размерами) показана на рис. 7. На схеме отражен наклон орбит спутников к плоскости орбиты Урана, составляющий в среднем 97,8њ. Сейчас южный полюс системы направлен примерно на Солнце. Следовательно, северные полушария всех спутников находятся в тени, а в южных наблюдается длительный полярный день, достигающий 42 земных лет.

Группа новых спутников была открыта в 1985-1986 гг. при сближении космического аппарата с Ураном. Их орбиты располагаются внутри орбиты Миранды, вплоть до внешнего края колец Урана, которые также показаны на рис. 7.

Узкие кольца планеты, открытые в 1977 г., пристально изучаются в последние годы. Они оказались очень непохожими на кольца. Сатурна, широкие и разделенные узкими 'щелями'. В случае Урана все наоборот: очень узкие кольца и очень широкие интервалы между ними. Наиболее заметных колец 9, причем самое широкое (несколько десятков километров) - кольцо ε, имеющее средний радиус 51 150 км. Общей массы материала в кольцах хватило бы лишь на самый маленький спутник, диаметром 15 км (для колец Сатурна объем материала в 1000 раз больше).

Конечно, кольца Урана представляют очень интересный объект, но здесь мы остановимся только на их связи со спутниками. Спутники 1986 U7 и 1986 U8, небольшие тела размером 15-25 км, открытые в 1986 г. при сближении 'Вояджера' с Ураном, оказались такой же группой 'сторожевых собак' при кольце ε, как пара спутников, 'стерегущих' кольцо F Сатурна. Таким образом, предположение об их формирующей роли для кольца подтвердилось. Но другие кольца уже, до 300 м, и там спутники не найдены. Что же касается спутников 1986 U7 и 1986 U8, они обращаются в непосредственной близости от кольца в с внешней и внутренней сторон. Орбиты всех новых спутников расположены в плоскости экватора Урана.

Рис. 7. Спутниковая система Урана

Общее число вновь открытых спутников составило 10. Все они очень малы (не более 40-80 км) и, за одним исключением, обращаются в интервале расстояний от центра Урана от 49 до 80 тыс. км (табл. 5). Это соответствует радиусам орбит от кольца ε до 0,66 полуоси орбиты спутника Миранда. Наиболее крупный из вновь открытых спутников - 1985 U1. Он обращается на наибольшем расстоянии от Урана (85,6 тыс. км) и был открыв еще задолго до сближения космического аппарата с планетой - в 1985 г. Может быть, его и удалось бы исследовать подробнее-. если бы не Миранда, которая отняла основное время телевизионной съемки, и, как увидим ниже, не напрасно. 

Таблица 5

Спутники Урана

Название или обозначение	Радиус орбиты, тыс.км	Орбитальн. период, сут	Эксцентриситет орбиты	Наклон. орбиты к экватору планеты, град.	Диаметр* спутника, км.	Год открытия
1986 U7	49,1	0,33	-	-	15	1986
1986 U8	53,1	0,37	-	-	25	1986
1986 U9	58,8	0,43	-	-	50	1986
1986 U3	61,4	0,46	-	-	80	1986
1986 U6	62,4	0,47	-	-	50	1986
1986 U2	64,1	0,49	-	-	80	1986
1986 U1	65,8	0,51	-	-	95	1986
1986 U4	69,6	0,56	-	-	50	1986
1986 U5	74,7	0,62	-	-	50	1986
1985 U1	85,6	0,76	-	-	160х168	1985
Миранда	128,8	1,41	0,027	4,22	480	1948
Ариэль	190,2	2,52	0,003	0,31	1161	1851
Умбриэль	265,1	4,14	0,005	0,36	1185	1851
Титания	434,0	8,71	0,002	0,14	1586	1787
Оберон	581,9	13,46	0,001	0,10	1546	1787

* В отличие от табл. 1 и 3 здесь указан диаметр небесного тела. 

Новый спутник получил предварительное название 'Пук' - имя одного из персонажей комедии У. Шекспира 'Сон в летнюю ночь'. Выбор названия связан с происхождением имен известных главных спутников. Так, имена 'Оберон' и 'Титания', которым У. Гершель присвоил двум самым крупным лунам Урана, открытым им в 1787 г. (через 6 лет после открытия Урана) взяты именно из этой комедии. А в 1948 г. Дж.Койпер снова обратился к именам из комедий Шекспира ('Укрощение строптивой'}, открыв Миранду. Кстати, названия 2-го и 3-го из 'старых' спутников (Ариэль и Умбриэль) У.Ласселл в 1851 г. взял из пьесы А. Попа. 

Но вернемся к спутнику 1985 U1. По размерам он занимает промежуточное место между классическими и открытыми недавно мелкими спутниками. Было даже предложено отнести его к группе главных. Новый спутник почти такой же черный, как кольца Урана, альбедо которых значительно меньше, чем у сажи, - всего 2- 3%. Высказана гипотеза, объясняющая черноту и колец, и ряда спутников (не только малых) наличием на их поверхности конденсатов углеродсодержащих молекул, вероятнее всего метана (который на поверхности спутников пока не найден). Поскольку спутники находятся в относительно плотной плазмосфере Урана, длительная бомбардировка поверхности заряженными частицами при- водит к разрушению сорбированных (поглощенных) на ней молекул метана и к высвобождению углерода, придающего поверхности черный цвет. 

Кстати, ни у одного спутника, ни у колец не найдено каких- либо цветовых оттенков, хотя, как мы видели, поверхность спутников Юпитера и Сатурна слегка красноватая. Ученых удивила форма нового спутника: при диаметре всего 170 км это почти правильная сфера. Вспомним, что большая по размерам (и более плотная) Амальтея обладает неправильной формой. С другой стороны, правильную форму имеет также Феба, небольшой спутник Сатурна, но другой его спутник - Гиперион (меньший, чем 1985 U1) имеет резко неправильные очертания. 

Причины таких различий остаются не вполне понятными, хотя существует немало гипотез об ударном разрушении и вторичном объединении образовавшихся осколков. 24 столетия назад Аристотель (а еще ранее Пифагор) учили, что сфера и круг - наиболее совершенные формы, поэтому только сфера может быть формой небесного тела и только она должна заслуживать серьезного внимания. Опираясь на это мнение, не будем сколько-нибудь подробно рассматривать остальные 9 малых спутников несферической формы. Если же говорить всерьез, из-за малых размеров на их снимках не видно почти никаких подробностей. На 'малом большом' спутнике 1985 U1 довольно хорошо различаются крупные кратеры, один из которых по диаметру достигает ¹/₄ диаметра самого спутника. 

 

Главные спутники. Перейдем теперь к главным (известным по наземным исследованиям) спутникам Урана. Они расположены в следующем порядке (считая от Урана): Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания, Оберон. Система спутников Урана очень компактная: большая полуось орбиты Оберона 582 тыс. км, а период обращения вокруг планеты - всего 13,5 сут (что объясняется, конечно, большой массой планеты). Миранда находится в 4,5 раза ближе к Урану и завершает один оборот за 1,4 сут. 

Основные данные о спутниках планеты были приведены в табл. 5. Все они движутся в радиационных поясах планеты, что приводит к постоянной бомбардировке поверхности спутников заряженными частицами, как уже говорилось выше. Строго говоря, действие радиационных поясов имеет сложный периодический характер, потому что магнитосфера Урана 'полощется' относительно плоскости орбит спутников (и плоскости экватора планеты). Ось дипольного поля планеты отклонена от оси ее вращения на 60њ, поэтому полярность поля магнитосферы меняется за полоборота Урана, т. е. за 8,62 ч. Такое явление пока неизвестно больше ни у одной планеты: у Земли наклон оси диполя к оси вращения 11,7њ, у Юпитера 9,6њ, у Сатурна 0њ. Большой наклон оси дипольного поля для Урана и вызывает периодический характер изменений плотности радиации у поверхности спутников.

Положение полярной оси Урана, которое ныне близко к направлению на Солнце, сделало чрезвычайно сложной программу телевизионной съемки спутников. В самом деле, аппарат шел сквозь. плоскость орбит спутников, примерно как стрела сквозь мишень. В случае Юпитера и Сатурна движение было совсем другим: можно было выбрать момент удачного расположения спутников, и тогда аппарат последовательно сближался с многими из этих тел. Схема сближения с системой Урана вызывала еще одну проблему: регистрация последовательных гравитационных возмущений от спутников становилась невозможной, а именно таким методом определялись массы (и средние плотности) спутников Юпитера и Сатурна.

Пришлось воспользоваться методом более сложным: значение масс находились в сравнении с массой Миранды (с которой апппрат сблизился наиболее тесно) по взаимным возмущениям спутников с помощью позиционных наблюдений. В табл. 6 приводятся найденные таким образом средние плотности (близкие к 1,4 г/см³ что указывает примерно на 60% водяного льда в составе спутников). Таким образом, спутники Урана тоже ледяные, но отличаются от спутников Сатурна несколько большей плотностью. По-видимому, в них содержится довольно много гидратированных силикатов; ядро из них может составлять половину диаметра небесного тела или даже больше.

Таблица 6

Главные спутники Урана

Название	Масса (предварительное значение), г	Средняя плотность, г/см3	Альбедо (предварительное значение)
Миранда	7,3х1022	1,26+0,39	0,33
Ариэль	1,4х1024	1,65 +0,30	0,46
Умбриэль	1,3х1024	1,44 +0,28	0,18
Титания	3,3х1024	1,59+0,09	0,27
Оберон	2,9х1024	1,50+0,10	0,24

 

Оберон оказался первым объектом исследований при выбранной геометрии сближения. Геологи (точнее, астрогеологи; такую специальность породили космические исследования) предсказывал', что будет найдено много метеоритных (ударных) кратеров и почти ничего другого. Действительно, уже на мелкомасштабных телевизионных снимках Оберона угадывались светлые пятна, которые оказались венцами очень светлых лучей вокруг ударных кратеров больших размеров. Природа светлых выбросов - водяной лед, иней, снег. Светлые выбросы контрастируют с очень темной древней поверхностью этого довольно крупного небесного тела. Его диаметр. более 1500 км, составляет почти половину поперечника нашей Луны. Поверхность насыщена старыми ударными кратерами, некоторые из которых имеют очень темное дно.

Полной неожиданностью оказалось темное дно и у крупных 'молодых' метеоритных кратеров, окруженных светлыми лучами. Это, почти