Comparação de tamanho entre Urano e seu maiores satélites naturais.
Urano tem cinco satélites massivos principais, são eles Miranda, Ariel, Umbriel, Titânia e Oberon. O diâmetro varia de 472 km de Miranda a 1578 km de Titânia. Todos os satélites principais são objetos relativamente escuros, sua reflexibilidade varia entre 30 e 50%. Umbriel é o satélite mais escuro e Ariel o mais brilhante. Acredita-se que os satélites maiores de Urano se formaram no disco de acreção que existiu em volta de Urano por um tempo após sua formação ou é resultado de um grande impacto sofrido por Urano no início de sua existência, o que seria o mais provável.
Como Urano tem uma alta inclinação axial, e seus satélites orbitam no plano equatorial do planeta, eles estão sujeitos a um ciclo sazonal extremo. Os polos norte e sul alternam entre 42 anos de escuridão total e 42 anos de luz solar contínua, com o Sol perto do zênite em um dos polos durante o solstício. Durante o sobrevoo da Voyager 2 em 1986, este que coincidiu com o solstício de verão no hemisfério sul, quando quase todo o hemisfério norte de Urano e seus satélites estava as escuras. Uma vez a cada 42 anos, quando Urano passa pelo equinócio e seu plano equatorial cruza a Terra, ocultações entre suas luas são possíveis. Em 2007 e 2008 vários desses eventos foram observados, incluindo duas ocultações de Titânia por Umbriel em 15 de agosto e 08 de dezembro de 2007 e uma de Ariel por Umbriel em 19 de agosto 2007.
As cinco maiores luas de Urano comparadas em tamanho e brilho. Da esquerda para a direita (em ordem de distância crescente a Urano): Miranda, Ariel, Umbriel, Titânia e Oberon.
Como Urano possui menor achatamento e menor tamanho relativo a seus satélites, estes podem escapar mais facilmente de uma ressonância orbital do que os satélites de Júpiter ou Saturno. Assim alguns satélites podem estar em ressonância orbital e gerar o aquecimento por marés e posteriormente, escapar dessa ressonância (através de um mecanismo que provavelmente resultou em uma inclinação orbital alta), sua excentricidade acaba diminuído, e assim, desligando o mecanismo de aquecimento interno. Isso pode ser ciclístico como observado no passado geológico dos satélites.
Como os outros grandes satélites do sistema solar externo, acredita-se que os 05 maiores de Urano se formaram de um disco de acreção ou sub nebulosa (um disco de gás e poeira que existia em volta de Urano por algum tempo depois de sua formação) ou que foi criado pelo grande impacto que provavelmente deu ao planeta sua grande inclinação axial. A composição precisa do disco não é conhecida; no entanto, a densidade relativamente alta dos satélites de Urano em relação aos satélites de Saturno indica que ele pode ter sido relativamente pobre em água. Ás Grandes quantidades de nitrogênio e carbono poderiam estar presentes na forma de monóxido de carbono (CO) e nitrogênio molecular (N2) ao invés de amônia e metano. Os satélites que se formaram nesse disco iriam conter menos gelo de água (com CO e N2 presos como clatrato) e mais rocha, explicando a sua alta densidade.
Miranda
Miranda éo menor dos satélites de Urano. Possui menos de 500 km de diâmetro, o segundo menor satélite de formato esférico do Sistema Solar (Mimas de Saturno é o primeiro, com 300 km).
Miranda tem a superfície mais diversificada, com um relevo deformado. Seu ambiente é marcado por depressões e penhascos profundos, zonas cheias de crateras, altas montanhas e planícies suaves. Os picos mais elevados chegam a medir 15 km de altura e as maiores crateras cerca de 60 km de diâmetro. A maior parte desses relevos são estruturas antigas, que ofuscam algumas recentes.
Devido a sua estranha topografia, supõe-se que Miranda teria sido atingido por um objeto com metade do volume do satélite e os estilhaços teriam criado os anéis do planeta.
Ariel
A sonda Voyager 2 fez sua maior aproximação de Ariel em 24 de janeiro de 1986 passando à 127 mil km da lua. Devido ao fato de que somente o polo Sul de Ariel está virado para o Sol, somente o hemisfério sul pode ser fotografado.
Ariel é um satélite relativamente pequeno e o mais brilhante de Urano. Sua superfície é marcada por crateras e são encontrados também grandes vales em fendas que se estendem por toda superfície.
Geologia de Ariel
A composição de Ariel é de aproximadamente 70% de gelos (água congelada, dióxido de carbono em estado sólido, e possivelmente também gelo de metano) e 30% de rochas compostas por silicatos. Alguns locais superficiais de Ariel parecem estar cobertos por geada fresca, particularmente, em crateras mais recentes. A mais antiga e maior unidade geológica observada em Ariel foi uma vasta área de planícies repleta de crateras no polo sul do satélite. A análise das crateras ali vistas sugere que as maiorias são mais recentes do que as observadas em Titânia, Oberon, e Umbriel. A maior cratera observada em Ariel é a cratera Yangoor, com 78 km de área, mostrando sinais de deformação desde sua formação. Também observou uma rede de falhas geológicas, cânions, e estruturas congeladas distribuídas ao longo das latitudes no meio do hemisfério sul de Ariel, destoando da região das crateras.
Os cânions provavelmente representam "Grabens" ou fossas tectônicas são formados por falhas extensionais (perpendiculares as fraturas). Matéria lisa e sulcos são vistos em várias partes da rede de vales de Ariel, sugerindo que o fundo dos cânions esteve coberto por gelo morno ejetado do interior de Ariel. Acredita-se que no passado, as atividades geológicas de Ariel foram provocadas por aquecimento de maré, quando sua órbita era mais excêntrica do que a atual.
Umbriel
Está a uma distância média de 266 000 km de Urano, sendo o terceiro maior satélite em ordem de distância ao planeta, e possui uma órbita regular pouco excêntrica e inclinada.
Umbriel orbita Urano a uma distância média de 266 000 km, sendo o terceiro satélite mais afastado do planeta entre os cinco principais. Sua órbita tem uma pequena excentricidade e é pouco inclinada em relação ao equador de Urano. Seu período orbital é de 4,1 dias, igual ao período de rotação. Isso significa que Umbriel tem rotação sincronizada, com uma face sempre virada para o planeta. A órbita de Umbriel está localizada completamente dentro da magnetosfera de Urano e por causa disso, seu hemisfério posterior (do lado oposto ao sentido do movimento orbital) é constantemente bombardeado por plasma magnetosférico, que gira junto com planeta. O contato com a magnetosfera de Urano pode chamuscar o satélite e levar a um escurecimento desse hemisfério frontal ao gigante gelado. Isso também ocorre em Ariel, Umbriel e Titânia.
Atualmente Umbriel não está em ressonância orbital com nenhum outro satélite de Urano, mas no passado possivelmente esteve em ressonância de 1:3 com Miranda. Isso teria aumentado a excentricidade orbital de Miranda, causando aquecimento interno e atividade geológica neste satélite, enquanto a órbita de Umbriel teria sido menos afetada.
Geologia de Umbriel
Umbriel é constituído principalmente de gelo com uma fração significativa de rocha, e pode ser diferenciado em um núcleo rochoso e um manto de gelo. Sua superfície é a mais escura dentre os grandes satélites de Urano, e parece ter sido moldada principalmente por impactos. Umbriel é o segundo satélite de Urano com maior numero de crateras, após Oberon, e sua formação superficial mais proeminente é a cratera Wunda, que é cercada por um anel de material brilhante. Por outro lado, a presença de cânions sugere processos de atividade interna em suas priemeiras eras.
Composição e estrutura interna
Umbriel em comparação com a Lua e a Terra.
Umbriel possui uma densidade de 1,39 g/cm³, indicando que é composto principalmente de gelo, com um componente denso constituindo cerca de 40% de sua massa. Este pode ser constituído de rocha e carbonatos incluindo compostos orgânicos pesados conhecidos como tolinas. A existência de gelo de água é apoiada por observações de espectroscopia infravermelha, as quais revelaram gelo de água cristalizado na superfície do satélite. As bandas de absorção de gelo de água são mais fortes no hemisfério condutor de Umbriel (o hemisfério voltado para o sentido do movimento orbital) do que no hemisfério posterior.
A causa de um hemisfério deter mais gelos que outro pode estar relacionado ao bombardeamento de partículas carregadas vindas da magnetosfera de Urano, que é mais forte no hemisfério posterior devido ao plasma magnetosférico. As partículas energéticas tendem a pulverizar o gelo de água, decompor metano preso no gelo como hidrato de clatrato e escurecer outros compostos orgânicos, deixando um material escuro e rico em carbono na superfície.
Com exceção de água, o único outro composto identificado na superfície de Umbriel por espectroscopia infravermelha é dióxido de carbono (CO2), que está concentrado principalmente no hemisfério posterior a Urano. A origem do dióxido de carbono não é muito clara. Ele pode ser produzido localmente a partir de carbonatos ou material orgânico sob a influência de partículas energéticas carregadas vindas da magnetosfera de Urano ou da radiação ultravioleta solar. Essa hipótese explicaria a assimetria na sua distribuição, já que o hemisfério posterior está sujeito a uma influência magnetosférica mais intensa. Outra possível fonte é a perda do CO2 primordial preso por gelo no interior de Umbriel. O escape de CO2 do interior pode ser o resultado de atividade geológica do passado através do efeito de marés.
Creia-se que interior de Umbriel pode ser diferenciado em um núcleo rochoso cercado por um manto de gelo. Se este for o caso, o raio do núcleo (317 km) é equivalente a cerca de 54% do raio do satélite, e sua massa a 40% da massa deste (esses parâmetros dependem da composição do satélite). O estado atual do manto de gelo não é conhecido, mas é considerada improvável a existência de um oceano de água líquida embaixo da superfície.
Superfície
A superfície de Umbriel é a mais escura dentre as grandes satélites de Urano, e reflete menos que metade da luz que Ariel, um satélite de tamanho similar. A superfície de Umbriel é levemente azulada, onde se destoam os depósitos de impacto brilhantes (como a mancha clara vista nas fotos da Voyager 2, na cratera Wunda, por exemplo) que são ainda mais azuis. Como ja comentamos há uma assimetria entre os hemisférios, com o hemisfério condutor sendo mais avermelhado que o posterior. O avermelhamento da superfície provavelmente é o resultado de erosão espacial pelo bombardeamento de partículas carregadas e micrometeoritos ao longo da evolução do Sistema Solar. Esta poeira erosiva pode ser causada por acreção de um material avermelhado vindo da parte exterior do sistema de satélites de Urano, possivelmente de satélites irregulares, o que iria ocorrer predominantemente no hemisfério condutor. Apesar dessas pequenas variações, a superfície de Umbriel é relativamente homogênea, não havendo grandes variações em cor ou albedo.
Existe apenas uma classe de formação geológica reconhecida em Umbriel, as crateras, estas muito maiores e mais numerosas do que Ariel e Titânia, e apresenta o menor indício de atividade geológica entre os cinco grandes satélites e apenas Oberon tem mais crateras que Umbriel. As crateras observadas têm um diâmetro que varia entre alguns quilômetros até 210 quilômetros como a cratera de, Wokolo. Todas as crateras conhecidas em Umbriel têm picos centrais, mas nenhuma possui estruturas radiais.
Perto do equador de Umbriel à uma formação superficial mais proeminente chamada cratera Wunda, que tem um diâmetro de 131 km, e possui um grande anel de material brilhante em seu fundo, que pode ser um depósito de impacto ou um depósito de dióxido de carbono. Perto de Wunda estão as crateras Vuver e Skynd, que não são rodeadas pelo material brilhante, mas possuem picos centrais brilhantes. Além destas crateras oficialmente reconhecidas, mediante uma análise do perfil topográfico de Umbriel, foi revelada uma possível estrutura de impacto muito grande tendo um diâmetro de cerca de 400 km e profundidade de aproximadamente 5 km.
Cratera Wunda, que é cercada por um anel de material brilhante.
Assim como os outros grandes satélites de Urano, a superfície de Umbriel é cortada por um sistema de cânions tendendo do nordeste ao sudoeste. Eles não são, contudo, reconhecidos oficialmente devido à baixa resolução obtidas pelas imagens da Voyager 2 e à aparente homogeneidade deste satélite, o que dificulta o mapeamento geológico mais preciso.
A superfície cheia de crateras de Umbriel provavelmente é mantida intocada aparentemente desde o intenso bombardeio tardio, no começo do Sistema Solar. Os únicos sinais de atividade interna são antigos como os cânions e polígonos escuros (manchas escuras de formatos complexos com extensão de dezenas a centenas de quilômetros). Os polígonos foram identificados a partir da Voyager 2 e estão distribuídos de forma aproximadamente uniforme na superfície de Umbriel, e parecem tender de nordeste e sudoeste. Alguns polígonos são depressões de alguns quilômetros de profundidade e podem ter sido criados durante um episódio inicial de atividade tectônica. Atualmente não há explicação para o porquê de Umbriel ser tão escuro e de aparência uniforme. Sua superfície pode ser coberta por uma camada relativamente fina de um material escuro (chamado material umbral) escavada por impactos ou expelida em uma intensa erupção vulcânica. Alternativamente, a crosta de Umbriel pode ser inteiramente formada pelo material escuro, o que evitou a existência de formações brilhantes como linhas radiais em crateras.
Formação da Superfície de Umbriel
A acreção de Umbriel provavelmente durou alguns milhares de anos. Impactos que acompanharam a acreção causaram aquecimento das camadas mais externas do satélite, com uma temperatura máxima de cerca de -93 °C sendo alcançada a uma profundidade de cerca de 3 km. Após o término do processo de formação, essas camadas próximas da superfície esfriaram, enquanto o interior de Umbriel se manteve aquecido pelo decaimento radioativo dos elementos presentes nas rochas. Com isso, a camada próxima da superfície contraiu, enquanto o interior expandiu, causando forte tensão na crosta que gerou rachaduras.
O calor inicial da acreção em conjunto com o decaimento pode ter levado ao derretimento do gelo se algum anticongelante como amônia (na forma de hidrato de amônia) ou sal estava presente. O aquecimento pode ter feito a rocha se separar do gelo formando um núcleo rochoso cercado por um manto de gelo. Uma camada de água líquida (oceano) rica em amônia pode ter se formado entre o núcleo e o manto. A temperatura eutética, ou ponto de congelamento mínimo, dessa é mistura é -97 °C mas contudo é bem provável que esse oceano tenha congelado há muito tempo. Esse processo geológico provavelmente durou cerca de 200 milhões de anos, implicando que qualquer atividade endógena no satélite acabou bilhões de anos atrás. Umbriel entre os demais satélites de Urano fosse o de menor taxa de processos endógenos de renovação de superfície, apesar de que tenha passado por um episódio de troca de superfície pouco depois de sua formação.
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