Спутники Урана

Спутники Урана — естественные спутники планеты Уран. По состоянию на 2024 год известно 28 спутников^[1]. Все они названы в честь персонажей произведений Уильяма Шекспира и Александра Поупа. Первые два спутника — Титанию и Оберон — открыл Уильям Гершель в 1787 году. Ещё два шарообразных спутника (Ариэль и Умбриэль) обнаружил в 1851 году Уильям Лассел. В 1948 году Джерард Койпер открыл Миранду. Остальные спутники были открыты после 1985 года, во время миссии «Вояджера-2» или с помощью сильных наземных телескопов.

Сравнительные размеры Урана и шести его самых больших спутников. Слева направо: Пак, Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон

Открытие

Два первых известных спутника, Титания и Оберон, были обнаружены сэром Уильямом Гершелем 11 января 1787 года, через шесть лет после открытия им Урана. Позднее Гершель считал, что обнаружил ещё четыре спутника, и, возможно, даже кольцо (см. ниже). В течение почти 50 лет инструмент Гершеля был единственным, в который можно было различить спутники Урана^[2]. В 1840-е годы более совершенные инструменты наблюдений и благоприятное положение Урана позволили время от времени наблюдать другие спутники, помимо Титании и Оберона. В 1851 году Уильям Лассел обнаружил два следующих спутника — Ариэль и Умбриэль^[3].

Изначально Гершель не присвоил собственных имён спутников, ограничившись их нумерацией. Единой системы обозначения спутников Урана римскими цифрами долго не было. В публикациях фигурировали и обозначения Гершеля (где Титания и Оберон — Уран II и IV), и Лассела (где они иногда — I и II)^[4]. После того как было подтверждено существование Умбриэля и Ариэля, Лассел пронумеровал спутники от I до IV в порядке удаления. С тех пор нумерация не менялась^[5]. В 1852 году сын Уильяма Гершеля — Джон Гершель — дал названия четырём известным тогда спутникам^[6].

В течение почти столетия никаких новых открытий спутников Урана сделано не было. В 1948 году, используя 82-дюймовый телескоп обсерватории Мак-Доналд в Техасе, Джерард Койпер обнаружил наименьший из пяти крупнейших, сферических спутников — Миранду^[6].

Несколько десятилетий спустя, в декабре 1985 года — январе 1986 года, космический зонд «Вояджер-2» открыл 10 внутренних спутников^[6]:

Обозначение	Первооткрыватель	Дата получения снимка	Номер	Присвоенное название
S/1985 U 1	Стивен Синнот	30 декабря 1985 года	XV	Пак
S/1986 U 1	Стивен Синнот	3 января 1986 года	XII	Порция
S/1986 U 2	Стивен Синнот	3 января 1986 года	XI	Джульетта
S/1986 U 3	Стивен Синнот	13 января 1986 года	IX	Крессида
S/1986 U 4	Стивен Синнот	13 января 1986 года	XIII	Розалинда
S/1986 U 5	Стивен Синнот	13 января 1986 года	XIV	Белинда
S/1986 U 6	Стивен Синнот	13 января 1986 года	X	Дездемона
S/1986 U 7	Ричард Террил	20 января 1986 года	VI	Корделия
S/1986 U 8	Ричард Террил	20 января 1986 года	VII	Офелия
S/1986 U 9	Брэдфорд Смит	23 января 1986 года	VIII	Бианка

По итогам наблюдений «Вояджера-2» Уран остался единственной планетой-гигантом, у которой не было известно нерегулярных спутников. Однако 6 сентября 1997 года Бреттом Глэдманом, Филом Николсоном, Дж. Э. Бёрнсом и Дж. Дж. Кавеларсом с использованием 200-дюймового телескопа Хейла были открыты первые два нерегулярных спутника, получившие временные обозначения S/1997 U 1 и S/1997 U 2. Ещё три спутника были открыты 18 июля 1999 года при помощи телескопа Канада-Франция-Гавайи обсерватории Мауна Кеа на Гавайских островах^[6]:

• S/1999 U 1 — Дж. Дж. Кавеларс, Б. Глэдман, М. Холмен, Ж.-М. Пёти, Г. Шолль;
• S/1999 U 2 — Б. Глэдман, М. Холмен, Ж.-М. Пёти, Г. Шолль;
• S/1999 U 3 — М. Холмен, Дж. Дж. Кавеларс, Б. Глэдман, Ж.-М. Пёти, Г. Шолль.

Названия этих спутников были утверждены в 2000 году: Калибан, Сикоракса, Просперо, Сетебос, Стефано^[6].

В мае 1999 года Эрих Каркошка (Аризонский университет), сравнивая фотографии «Вояджера» с новыми снимками космического телескопа Хаббл обнаружил ещё один спутник. Ему было присвоено временное обозначение S/1986 U 10, а позже и собственное имя — Пердита^[6].

Шестой нерегулярный спутник был открыт 13 августа 2001 года Мэтью Холменом, Дж. Дж. Кавеларсом и Д. Милисавлевичем на 4-метровом телескопе Межамериканской обсерватории Серро-Тололо и получил обозначение S/2001 U 1. После того, как его существование было подтверждено другими наблюдениями, ему было присвоено название Тринкуло. 13 августа 2001 года теми же астрономами и Бреттом Глэдманом также были обнаружены самый удалённый и самый близкий к планете ретроградные нерегулярные спутники Урана. Они получили названия Фердинанд и Франциско^[6].

25 августа 2003 года Марк Шоуолтер и Джек Лиссауэр, исследуя фотографии, сделанные телескопом Хаббл, открыли два внутренних нерегулярных спутника, позже получивших названия Купидон и Маб. 29 августа 2003 года Скотт Шеппард и Дэвид Джуитт открыли ещё один спутник, на этот раз на снимках 8,3-метрового телескопа Субару. Этот спутник стал первым обнаруженным проградным нерегулярным спутником Урана. Ему было присвоено имя Маргарита^[6].

В 2016 году исследователями университета Айдахо была опубликована статья, в которой высказывалось предположение о существовании ещё двух маленьких спутников, выступающих «пастухами» колец α и β. Такие спутники должны находиться на орбите примерно в 100 км от кольца и иметь радиус 2-7 км, что делает их недоступными для обнаружения с Земли^[7][8].

В 2023 году был обнаружен новый спутник Урана, получивший временное обозначение S/2023 U 1^[9][10]. Спутник был обнаружен американским астрономом Скоттом Шеппардом. Как и остальным спутникам Урана, S/2023 U 1 будет официально присвоено имя одного из персонажей произведений Уильяма Шекспира.

Мнимые спутники

После открытия Гершелем Титании и Оберона (11 января 1787 года) он полагал, что наблюдал ещё 4 спутника: два — 18 января и 9 февраля 1790 года и ещё два — 28 февраля и 26 марта 1794 года. Таким образом, много последующих десятилетий считалось, что у Урана 6 спутников, хотя существование 4 из них не подтвердил ни один астроном. Наблюдения Лассела в 1851 году, когда он обнаружил Ариэль и Умбриэль, не подтвердили наблюдения Гершеля; Ариэль и Умбриэль, которые Гершель, конечно же, должен был видеть, если он видел спутники около Титании и Оберона, не соответствовали ни одному из дополнительных спутников, замеченных Гершелем, по орбитальным характеристикам. Поэтому пришли к выводу, что 4 спутника, замеченных Гершелем помимо двух, были иллюзорными — вероятно, результатом ошибочной идентификации звёзд около Урана как спутников, и открытие Ариэля и Умбриэля было признано за Ласселом^[11]. Как считалось, у четырёх мнимых спутников Гершеля были следующие сидерические периоды: 5,89 дней (ближе к Урану, чем Титания), 10,96 дней (между Титанией и Обероном), 38,08 и 107,69 дней (дальше Оберона)^[12].

Названия

См. также: Конфликты имён небесных тел

Первые два спутника Урана, открытые в 1787 году, были названы лишь в 1852 году — через год после обнаружения двух следующих. Их наименованием занялся Джон Гершель, сын первооткрывателя Урана. Он решил не брать названия для спутников из греческой мифологии, назвав их в честь духов из английской литературы: царя и царицы фей и эльфов Оберона и Титании из пьесы «Сон в летнюю ночь» Уильяма Шекспира и сильфов Ариэля и Умбриэль из «Похищения локона» Александра Поупа (Ариэль — также ещё и эльф из Шекспировской «Бури»). Причины такого выбора, по-видимому, кроются в том, что Уран, как бог неба и воздуха, сопровождается духами воздуха^[13]. Имена следующих спутников Урана давали уже не в честь духов воздуха (продолжением этой традиции стали только Пак и Маб), а в честь персонажей шекспировской «Бури». В 1949 году пятый спутник, Миранда, был назван его первооткрывателем Джерардом Койпером в честь персонажа из этой пьесы. Он обосновал это тем, что имена детей бога Урана, титанов, использовать нельзя, так как они уже связаны с сыном Урана, Сатурном (и служат источником имён для спутников планеты Сатурн)^[6].

Международным астрономическим союзом принято соглашение называть спутники Урана в честь персонажей пьес Шекспира и поэмы Поупа «Похищение локона» (сейчас лишь Ариэль, Умбриэль и Белинда имеют имена из последней поэмы; все остальные — из Шекспира). Сначала наиболее удалённые от планеты спутники называли в честь персонажей «Бури», но эта традиция прекратилась с наименованием Маргариты, имя которой было взято из пьесы «Много шума из ничего»^[14].

Сравнение масс спутников Урана. Доля массы спутника в их суммарной массе варьирует от 0,7 % для Миранды до более 40 % для Титании. Масса всех остальных спутников вместе составляет 0,1 % и едва различима на этой диаграмме

• «Похищение локона» (поэма Александра Поупа):
  • Ариэль, Умбриэль, Белинда
• Пьесы Уильяма Шекспира:
  • «Сон в летнюю ночь»: Титания, Оберон, Пак
  • «Буря»: (Ариэль), Миранда, Калибан, Сикоракса, Просперо, Сетебос, Стефано, Тринкуло, Франциско, Фердинанд
  • «Король Лир»: Корделия
  • «Гамлет»: Офелия
  • «Укрощение строптивой»: Бианка
  • «Троил и Крессида»: Крессида
  • «Отелло»: Дездемона
  • «Ромео и Джульетта»: Джульетта, Маб
  • «Венецианский купец»: Порция
  • «Как вам это понравится»: Розалинда
  • «Много шума из ничего»: Маргарита
  • «Зимняя сказка»: Пердита
  • «Тимон Афинский»: Купидон

С названиями некоторых спутников Урана совпадают названия некоторых астероидов: (171) Офелия, (218) Бианка, (593) Титания, (666) Дездемона, (763) Купидон, (900) Розалинда и (2758) Корделия.

Особенности и группы

Спутники Урана можно разделить на три группы: тринадцать внутренних, пять крупных и девять нерегулярных спутников.

Внутренние спутники

Схема лун и колец Урана

См. также: Внутренний спутник и Кольца Урана

На 2024 год известно 13 внутренних спутников Урана. Это небольшие тёмные объекты, сходные характеристиками и происхождением с кольцами планеты. Их орбиты лежат внутри орбиты Миранды. Все внутренние спутники тесно связаны с кольцами Урана, которые, возможно, возникли вследствие распада одного или нескольких маленьких внутренних спутников. Два ближайших к планете спутника (Корделия и Офелия) служат «пастухами» кольца ε, а небольшой спутник Маб, возможно, — источник наиболее удалённого кольца μ. Пак, орбита которого расположена между Пердитой и Мабом, возможно, представляет собой нечто вроде переходного объекта между внутренними спутниками и крупными спутниками Урана.

Все внутренние спутники — тёмные объекты; их геометрическое альбедо не превышает 10 %. Они состоят из водяного льда с примесью тёмного материала — возможно, преобразованной радиацией органики. Небольшие внутренние спутники постоянно возмущают орбиты друг друга. Система является хаотичной и, по-видимому, нестабильной.

Расчёты показывают, что внутренние спутники в результате таких возмущений могут выходить на пересекающиеся орбиты и сталкиваться. Дездемона может столкнуться с Крессидой или Джульеттой в последующие 100 миллионов лет^[15].

Крупные спутники

Пять крупных спутников достаточно массивны, чтобы гидростатическое равновесие придало им шарообразную форму. На четырёх из них замечены признаки внутренней и внешней активности, такие, как формирование каньонов и предполагаемый вулканизм. Наибольший из этих пяти, Титания, имеет 1578 км в диаметре. Это восьмой по величине спутник в Солнечной Системе. Она в 20 раз менее массивна, чем земная Луна.

Система спутников Урана наименее массивная среди систем спутников планет-гигантов; совокупная масса всех 5 крупнейших спутников Урана не составит и половины от массы Тритона, седьмого крупнейшего спутника Солнечной системы (масса Тритона составляет около 2,14⋅10²² кг^[16], тогда как совокупная масса спутников Урана составляет около 1⋅10²² кг. Крупнейший из спутников, Титания, обладает радиусом в 788,9 км, что меньше радиуса земной Луны, но немного больше, чем у Реи, второго из крупных спутников Сатурна, что делает Титанию восьмым по размеру спутником в Солнечной системе. Уран приблизительно в 10000 раз массивнее, чем его спутники (масса Урана — 8,681⋅10²⁵ кг, масса четырёх самых крупных спутников — 8,82⋅10²¹ кг^[17], массой остальных спутников можно пренебречь).

Среди спутников Урана выделяются пять самых крупных: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон. По диаметру они различаются от 472 км (Миранда) до 1578 км (Титания). Все крупные спутники Урана — относительно тёмные объекты: их геометрическое альбедо меняется в диапазоне 30—50 %, а альбедо Бонда — 10—23 %. Самый тёмный из этих спутников — Умбриэль, а самый яркий — Ариэль. Массы спутников составляют от 6,7⋅10¹⁹ кг (Миранда) до 3,5⋅10²¹ кг (Титания). Для сравнения, масса земной Луны — 7,5⋅10²² кг.

Крупнейшие спутники Урана, как полагают, сформировались в аккреционном диске, который существовал вокруг Урана в течение некоторого времени после того, как он сформировался, или возник в результате столкновения Урана с другим небесным телом в ранний период его истории^[18].

Сравнительные размеры и яркость пяти самых крупных спутников Урана. Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон

Все крупные спутники Урана состоят из смеси примерно равных количеств льда и камня, за исключением Миранды, состоящей преимущественно изо льда. Составляющими льда могут быть аммиак и углекислый газ.

Их поверхность испещрена кратерами, но все они (за исключением Умбриэля) демонстрируют признаки «обновления» поверхности, выражающиеся в образовании каньонов и, в случае Миранды, яйцевидных, похожих на гоночные треки структур, называемыми коронами. За образование «корон», как считают, ответственны резкие поднятия диапиров^[19]. Поверхность Ариэля, возможно, самая молодая, с наименьшим количеством кратеров. Поверхность Умбриэля же выглядит самой старой.

Имевшие место в прошлом резонансы 3:1 между Мирандой и Умбриэлем и 4:1 между Ариэлем и Титанией, как считают, ответственны за нагрев, который вызвал существенную эндогенную активность на Миранде и Ариэле^[20][21]. К такому выводу приводит высокое наклонение орбиты Миранды, странное для столь близкого к планете тела^[22][23]. Крупнейшие спутники Урана состоят из каменного ядра и ледяной оболочки. Титания и Оберон могут иметь океан из жидкой воды на границе ядра и мантии.

Нерегулярные спутники

Нерегулярные спутники Урана имеют эллиптические и сильно наклонённые (в большинстве своём ретроградные) орбиты на большом расстоянии от планеты.

Параметры спутников Урана

Цвета в таблице

Внутренние спутники

Крупные спутники

Нерегулярные спутники с ретроградным вращением

Нерегулярные спутники с прямым вращением

Ранжированы по степени удалённости от планеты, крупнейшие выделены, знак вопроса отражает приблизительность цифры.

Параметры спутников Урана^[24]

Номер	Название (сфероидальные спутники выделены жирным шрифтом)		Средний диаметр (км)	Масса (кг)	Большая полуось (км)	Орбиталь­ный период (в днях)	Наклон орбиты к экватору, градусы	Дата откры­тия	Фото
1	Уран VI	Корделия	42 ± 6	5,0⋅1016?	49 751	0,335034	0,08479	1986
2	Уран VII	Офелия	46 ± 8	5,1⋅1016?	53 764	0,376400	0,1036	1986
3	Уран VIII	Бианка	54 ± 4	9,2⋅1016?	59 165	0,434579	0,193	1986
4	Уран IX	Крессида	82 ± 4	3,4⋅1017?	61 766	0,463570	0,006	1986
5	Уран X	Дездемона	68 ± 8	2,3⋅1017?	62 658	0,473650	0,11125	1986
6	Уран XI	Джульетта	106 ± 8	8,2⋅1017?	64 360	0,493065	0,065	1986
7	Уран XII	Порция	140 ± 8	1,7⋅1018?	66 097	0,513196	0,059	1986
8	Уран XIII	Розалинда	72 ± 12	2,5⋅1017?	69 927	0,558460	0,279	1986
9	Уран XXVII	Купидон	~ 18	3,8⋅1015?	74 800	0,618	0,1	2003
10	Уран XIV	Белинда	90 ± 16	4,9⋅1017?	75 255	0,623527	0,031	1986
11	Уран XXV	Пердита	30 ± 6	1,8⋅1016?	76 420	0,638	0,0	1986
12	Уран XV	Пак	162 ± 4	2,9⋅1018?	86 004	0,761833	0,3192	1985
13	Уран XXVI	Маб	~ 25	1,0⋅1016?	97 734	0,923	0,1335	2003
14	Уран V	Миранда	471,6 ± 1,4	(6,6 ± 0,7)⋅1019	129 390	1,413479	4,232	1948
15	Уран I	Ариэль	1157,8 ± 1,2	(1,35 ± 0,12)⋅1021	191 020	2,520379	0,260	1851
16	Уран II	Умбриэль	1169,4 ± 5,6	(1,17 ± 0,13)⋅1021	266 300	4,144177	0,205	1851
17	Уран III	Титания	1577,8 ± 3,6	(3,53 ± 0,09)⋅1021	435 910	8,705872	0,340	1787
18	Уран IV	Оберон	1522,8 ± 5,2	(3,01 ± 0,07)⋅1021	583 520	13,463239	0,058	1787
19	Уран XXII	Франциско	~ 22	1,3⋅1015?	4 276 000	−267,12**	147,459	2001
20	Уран XVI	Калибан	~ 98	7,3⋅1017?	7 231 000	−579,39**	139,885	1997
21	Уран XX	Стефано	~ 20	6⋅1015?	8 004 000	−677,48**	141,873	1999
22	Уран XXI	Тринкуло	~ 10	7,5⋅1014?	8 504 000	−748,83**	166,252	2001
23	Уран XVII	Сикоракса	~ 190	5,4⋅1018?	12 179 000	−1285,62**	152,456	1997
24	Уран XXIII	Маргарита	~ 11	1,3⋅1015?	14 345 000	+1654,32	51,455	2003
25	Уран XVIII	Просперо	~ 30	2,1⋅1016?	16 256 000	−1962,95**	146,017	1999
26	Уран XIX	Сетебос	~ 30	2,1⋅1016?	17 418 000	−2196,35**	145,883	1999
27	Уран XXIV	Фердинанд	~ 12	1,3⋅1015?	20 901 000	−2805,51**	167,346	2001
28		S/2023 U 1	~ 10	3,0⋅1014?	7 977 980	−680,76**	141,894	2023