Спутники Урана

По состоянию на февраль 2024 года известно 28 спутников. 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.

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. В 1840-е гг. 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.

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). 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. В 1852 году сын Уильяма Гершеля — Джон Гершель — дал названия четырём известным тогда спутникам.

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

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

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:

• 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.

Название этих спутников были утверждены в 2000 году: Калибан, Сикоракса, Просперо, Сетебос, Стефано.

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.

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.

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. На 2022 год он является последним спутником Урана, существование которых официально подтверждено.

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.

В 2023 году был обнаружен новый спутник Урана, получивший временное обозначение S/2023 U 1. 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 г.) он полагал, что наблюдал ещё 4 спутника: два — 18 января и 9 февраля 1790 г. 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 г., 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. 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).

Первые два спутника Урана, открытые в 1787 г., были названы лишь в 1852 — 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. 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 г. 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).

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».

 

• «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.

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

Внутренние спутники

 

На 2013 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.

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, 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, 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.

 

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. 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. К такому выводу приводит высокое наклонение орбиты Миранды, странное для столь близкого к планете тела. 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.

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

Параметры спутников Урана

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