hochkant=1.5|mini|Schema des Uranus-Ring-Mond-Systems. Die durchgehenden Linien kennzeichnen Ringe; gestrichelte Linien stehen für die Umlaufbahnen der Monde. mini|hochkant=1.5|Uranus mit seinen Ringen (Hubble Space Telescope, 1998) Der Planet Uranus ist von einem System von Planetenringen umgeben, das in seiner Variation und Vielschichtigkeit zwar nicht an die deutlich großflächigeren Bahnen der Saturnringe heranreicht, aber dennoch vor den einfacheren Strukturen der Jupiter- und der Neptunringe eingeordnet werden kann. Die ersten Ringe des Uranus wurden am 10. März 1977 durch James L. Elliot, Edward W. Dunham und Douglas J. Mink entdeckt. Obwohl bereits 200 Jahre zuvor der Astronom Wilhelm Herschel über die Beobachtung von Ringen berichtet hatte, wird von heutigen Astronomen bezweifelt, dass es angesichts ihrer dunklen und blassen Erscheinung mit den Mitteln der damaligen Zeit möglich war, das Ringsystem tatsächlich wahrzunehmen. Zwei weitere Ringe wurden im Jahre 1986 auf Bildern entdeckt, die die Raumsonde Voyager 2 vom Planeten aufnahm, und ein zusätzliches Ringpaar fand man zwischen 2003 und 2005 auf Fotos des Hubble-Weltraumteleskops.
Seither sind 13 eigenständige Ringe des Ringsystems des Uranus bekannt. Geordnet nach Abstand vom Planeten werden sie mit 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν und μ bezeichnet. Ihre Radien betragen 38.000 km beim 1986U2R/ζ-Ring und erreichen 98.000 km beim μ-Ring. Zwischen den Hauptringen konnten zusätzliche matte Staubbänder und unvollständige Bögen beobachtet werden. Die Ringe sind extrem dunkel, so dass die sphärische Albedo der Ringpartikel nicht über 2 Prozent hinausgeht. Sie setzen sich wahrscheinlich aus gefrorenem Wasser zusammen, das sich mit einigen dunklen, strahlungsabsorbierenden organischen Komponenten verbunden hat.
Die meisten der Uranusringe sind undurchsichtig und nur wenige Kilometer breit. Das Ringsystem besteht aus kleinen Objekten, die mehrheitlich einen Durchmesser zwischen 0,2 und 20 m haben. Einige der Ringe sind optisch sehr klein: So bestehen die ausgedehnten und matten Ringe 1986U2R/ζ, μ und ν aus dünnen Staubpartikeln, während sich der schmale und ebenfalls matte λ-Ring aus größeren Objekten zusammensetzt. Das relative Fehlen von Staub innerhalb des Ringsystems erklärt sich aus dem Luftwiderstand, den die ausgedehnte Exosphäre des Uranus durch seine Korona mit sich bringt.
Man vermutet, dass die Ringe des Uranus nicht älter als 600 Millionen Jahre und damit relativ jung sind. Das Ringsystem besteht vermutlich aus Überresten einer Vielzahl von Monden, welche ursprünglich einmal den Planeten umkreist hatten, ehe sie vor langer Zeit untereinander kollidierten. Nach Zusammenstößen brachen die Monde in zahllose Teile auseinander, die anschließend als die heute sichtbaren schmalen und optisch dichten Ringe überdauerten und nun den Planeten in strikt definierten Bahnen umgeben.
Der Vorgang, wie die schmalen Ringe in ihrer Form gehalten werden, ist bis heute nicht vollständig verstanden. Anfangs wurde angenommen, dass jeder schmale Ring mit einem Paar nahestehender sogenannter Schäfermonde in Verbindung steht, die deren Form stützen. Allerdings konnte Voyager 2 bei ihrem Vorbeiflug 1986 lediglich ein Schäferpaar (Cordelia und Ophelia) entdecken, das einen Einfluss auf den hellsten Ring (ε) ausübt.
Entdeckung Die erste Erwähnung eines den Uranus umgebenden Ringsystems stammt aus dem 18. Jahrhundert und findet sich in den Aufzeichnungen von Friedrich Wilhelm Herschel, in denen er die Erkenntnisse aus seinen Observationen des Planeten niederschrieb. Diese enthielten folgende Passage: „February 22, 1789: A ring was suspected.“ (übersetzt: „22. Februar 1789: Verdacht auf einen Ring.“) Herschel zeichnete ein schmales Schaubild des Rings und notierte weiter, dass dieser „ein bisschen zum Rot hin tendiere“. Das Keck-Teleskop in Hawaii konnte dies zumindest in Bezug auf den ν-Ring bestätigen. Herschels Notizen wurden im Jahre 1797 im Royal Society Journal veröffentlicht. Mit den Jahren wurden ernsthafte Zweifel laut, ob Herschel überhaupt etwas Derartiges gesehen haben konnte, während Hunderte andere Astronomen nichts dergleichen hatten ausmachen können. Dennoch gibt es berechtigte Einwände, die besagen, dass Herschel in der Tat eine präzise Beschreibung der Abmessungen des ν-Rings in Relation zum Uranus, dessen Veränderungen bei der Bewegung des Uranus um die Sonne sowie seiner Farberscheinung geben konnte. In den beiden folgenden Jahrhunderten zwischen 1797 und 1977 fanden die Ringe des Uranus, wenn überhaupt, in wissenschaftlichen Abhandlungen nur selten Erwähnungen.
mini|Animation einer Bedeckung des Stern SAO 158687 durch UranusZum Start auf das Bild klicken mini|links|hochkant=1.2|Das Kuiper Airborne Observatory im Flug Die unumstrittene Entdeckung der Uranusringe kann schließlich den Astronomen James L. Elliot, Edward W. Dunham und Douglas J. Mink am 10. März 1977 zugesprochen werden, denen mit Hilfe des Kuiper Airborne Observatory die Sichtung der Ringe gelang. Dieses Ereignis kam jedoch nur durch eine zufällige Beobachtung zustande. Ursprünglich planten sie, die Atmosphäre des Uranus zu studieren, indem sie die Okkultation (Bedeckung) des Sterns SAO 158687 durch den Planeten zu beobachten beabsichtigten. Als sie ihre Observationen analysierten, entdeckten sie, dass der Stern nachweislich jeweils fünfmal vor und nach dem Durchlauf des Planeten kurzzeitig verschwunden war. Sie folgerten daraus, dass um den Planeten ein System von schmalen Ringen existieren musste. Die fünf von ihnen beobachteten Okkultationsereignisse kennzeichneten sie in ihren Papieren mit den griechischen Buchstaben α, β, γ, δ und ε Diese Bezeichnung behielt man letztlich bis heute als Kennzeichnung für die Ringe bei. Später spürten sie vier weitere Ringe auf; einen zwischen den Ringen β und γ und drei innerhalb des α-Rings. Den ersten nannten sie η-Ring, die letzteren erhielten, entsprechend der Nummerierung der Okkultationsereignisse, die Bezeichnung Ring 4, 5 und 6. Nach den Saturnringen war es damit das zweite Ringsystem, das man innerhalb unseres Sonnensystems entdeckt hatte.L. W. Esposito: Planetary rings. In: Reports On Progress In Physics. Band 65, 2002, S. 1741–1783. doi:10.1088/0034-4885/65/12/201
Als die Raumsonde Voyager 2 das Uranussystem im Jahre 1986 durchquerte, entstanden die ersten Bilddokumente, die die Ringe in der Draufsicht zeigten.B. A. Smith, L. A. Soderblom, A. Beebe u. a.: Voyager 2 in the Uranian System: Imaging Science Results. In: Science. Band 233, 1986, S. 97–102. . doi:10.1126/science.233.4759.43. PMID 17812889. Dabei wurden zwei weitere matte Ringe entdeckt, wodurch sich die Gesamtzahl der Ringe auf elf erhöhte. In den Jahren 2003 bis 2005 konnte durch das Hubble-Weltraumteleskop dann ein weiteres, bisher nicht sichtbares Ringpaar aufgespürt werden, was nun zu der Anzahl von heute 13 bekannten Ringen führt. Durch die Entdeckung dieser Außenringe erhöhte sich der bis dahin bekannte Radius des Ringsystems nebenbei auch auf das Doppelte.Mark R. Showalter, Jack J. Lissauer: The Second Ring-Moon System of Uranus: Discovery and Dynamics. In: Science. Band 311, 2006, S. 973–977. . doi:10.1126/science.1122882. PMID 16373533 Die Bilder von Hubble brachten weiterhin zwei kleine Satelliten zum Vorschein, wobei einer von ihnen, der Mond Mab, sich seinen Orbit mit dem neu entdeckten, äußersten Ring teilt.
Grundsätzliche Eigenschaften mini|hochkant=1.5|Die inneren Uranusringe: Der helle äußere Ring ist der Epsilon-Ring, daneben sind 8 weitere Ringe sichtbar.(Voyager 2, 1986, Abstand 2,52 Mio. km) Wie bereits angeführt, besteht das Ringsystem des Uranus nach heutigem Wissenstand aus 13 eindeutig abgrenzbaren Ringen. Geordnet gemäß ihrem Abstand vom Planeten werden sie bezeichnet als 1986U2R/ζ, 6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, λ, ε, ν und μ Sie lassen sich dabei in drei Gruppen aufteilen: die neun schmalen Hauptringe (6, 5, 4, α, β, η, γ, δ, ε), die beiden Staubringe (1986U2R/ζ, λ)J. A. Burns, D. P. Hamilton, M. R. Showalter: Dusty Rings and Circumplanetary Dust: Observations and Simple Physics. In: E. Grun, B. A. S. Gustafson, S. T. Dermott, H. Fechtig: Interplanetary Dust. Springer, Berlin 2001, S. 641–725. sowie die beiden Außenringe (μ, ν). Die Ringe des Uranus bestehen hauptsächlich aus makroskopischen Partikeln, die mit etwas Staub versetzt sind. So konnte beim 1986U2R/ζ-, η-, δ-, λ-, ν- und beim μ-Ring Staub nachgewiesen werden. Zusätzlich zu diesen bekannten Ringen können zwischen ihnen durchaus noch zahlreiche optisch dünne Staubbänder und weitere matte Ringe existieren. Solche matten Ringe und Staubbänder können jedoch lediglich temporär bestehen oder sich aus einer Anzahl separater Bögen zusammensetzen, welche sich bisweilen bei Okkultationsbeobachtungen ausmachen lassen. Einige von ihnen waren zum Beispiel im Jahre 2007 während eines besonderen astronomischen Ereignisses sichtbar, bei denen sich die Ringflächen, von der Erde aus betrachtet, mehrfach kreuzten. Auch auf den Fotos von Voyager 2, die bei einer geometrischen VorwärtsstreuungVorwärtsgestreutes Licht ist ein Licht, das vom Aufnahmeobjekt mit einem kleinen Streuwinkel (nahe 180°) abgelenkt wird, d. h. die Lichtquelle befindet sich auf der dem Aufnahmegerät gerade gegenüberliegenden Seite. aufgenommen wurden, konnten zwischen den Ringen eine Reihe von Staubbändern ausgemacht werden. Alle Ringe des Uranus zeigten weiterhin einige Helligkeitsvariationen, wenn man sie in einem azimutalen Winkel beobachtete.
Die Ringe bestehen jeweils aus extrem dunklen Substanzen. Die geometrische Albedo der Ringpartikel überschreitet dabei nie einen Wert von 5 bis 6 Prozent, während die sphärische Albedo sogar noch darunter, bei etwa 2 Prozent liegt.M. E. Ockert, J. N. Cuzzin, C. C. Porco, T. V. Johnson: Uranian ring photometry: Results from Voyager 2. In: J. of Geophys. Res. Band 92, 1987, S. 14, 969–14, 978. . Bei einem Phasenwinkel zwischen den Linien Sonne-Objekt und Beobachtungsposition-Objekt von nahezu Null zeigt sich eine deutliche Vergrößerung der Albedo der Ringpartikel, deren Wert hier deutlich ansteigt. Dies bedeutet, dass umgekehrt ihre Albedo weitaus geringer ist, wenn sie bereits geringfügig außerhalb des Oppositionsbereichs beobachtet werden. Die Ringe erscheinen leicht rot im ultravioletten und sichtbaren Teil des Spektrums und grau im Nahinfrarotbereich. Dabei weisen sie keine erkennbaren spezifischen Spektralcharakteristiken auf. Die chemische Zusammensetzung der Ringpartikel ist bis heute nicht bekannt. Es ist jedoch sicher, dass sie nicht aus reinem Eis wie die Ringe des Saturn bestehen können, da sie hierfür zu dunkel sind und sogar dunkler als die inneren Uranusmonde erscheinen. Dies deutet darauf hin, dass sie möglicherweise aus einer Mischung aus Eis und dunklen Bestandteilen bestehen. Zwar ist die Beschaffenheit dieser Bestandteile unklar, es könnte sich jedoch um organische Verbindungen handeln, die durch geladene Teilchen, welche die Magnetosphäre des Uranus abstrahlt, erheblich verdunkelt werden. Es ist anzunehmen, dass die Ringpartikel aus stark bearbeiteten Brocken bestehen, welche zunächst Ähnlichkeiten zu der Beschaffenheit der inneren Monde aufweisen.