Het zonnestelsel heeft een aantal nieuwe maantjes. De eerste nieuwe maan cirkelt rond Uranus en is de eerste Uranusmaan die in meer dan 20 jaar is ontdekt en waarschijnlijk ook meteen de kleinste. Daarnaast werden er ook twee nieuwe manen rondom Neptunus ontdekt, waarvan één de zwakste maan is die ooit door telescopen op aarde is ontdekt. De ontdekkingen werden op 23 februari 2024 bekend gemaakt door het Minor Planet Center van de Internationale Astronomische Unie.
"De drie nieuw ontdekte manen zijn de zwakste die ooit met grondtelescopen rond deze twee ijsreuzenplaneten zijn gevonden," legt Scott S. Sheppard van Carnegie Science uit. "Er was speciale beeldbewerking voor nodig om zulke zwakke objecten te onthullen." Het nieuwe Uraanse lid brengt het totale aantal maantjes van de ijsreuzenplaneet op 28. Met slechts 8 kilometer is het waarschijnlijk de kleinste maan van Uranus. Hij doet er 680 dagen over om rond de planeet te draaien. De nieuwe maan, die voorlopig S/2023 U1 wordt genoemd, zal uiteindelijk worden vernoemd naar een personage uit een toneelstuk van Shakespeare, in overeenstemming met de naamgevingsconventies voor buitenste Uraanse satellieten.
S/2023 U1 werd voor het eerst waargenomen op 4 november 2023 door Sheppard met behulp van de Magellan-telescopen van Carnegie Science's Las Campanas Observatory in Chili. Een maand later, in december, deed Sheppard vervolgwaarnemingen bij Magellan. Door gebruik te maken van de maand van observaties en samen te werken met Marina Brozovic en Bob Jacobson van NASA's Jet Propulsion Laboratory om een mogelijke maanbaan voor de nieuwe vondst te bepalen, was Sheppard in staat om het nieuwe lid van het pantheon van Uranus te lokaliseren in oudere beelden die hij in 2021 bij Magellan en bij de Subaru-telescoop in Hawaï had gemaakt. Sheppard gebruikte de Magellan Telescoop ook om de helderste van de twee nieuw ontdekte Neptuniaanse manen te vinden. In samenwerking met David Tholen van de Universiteit van Hawaï, Chad Trujillo van de Northern Arizona University en Patryk Sofia Lykawa van de Kindai University vond hij de andere nieuwe Neptuniaanse maan, een extreem zwak object, met behulp van de Subaru telescoop. Beide werden voor het eerst gezien in september 2021.
Vervolgwaarnemingen met de Magellan-telescopen in oktober 2021 en nogmaals in 2022 en november 2023 bevestigden dat de helderdere Neptuniaanse maan om Neptunus draait. De zwakkere maan vereiste speciale observatietijd onder ultra-zuivere omstandigheden op de Very Large Telescope van de European Southern Observatory en op de 8-meter telescoop van Gemini Observatory om zijn baan zeker te stellen. Brozovic en Jacobson waren essentieel in dit proces om de baan van de maan rond Neptunus te bepalen met behulp van de gegevens van de eerdere waarnemingen in 2021 om te voorspellen waar de telescopen in 2022 en 2023 op moesten worden gericht om het extreem zwakke object te vinden.
De helderdere Neptunusmaan heeft nu een voorlopige aanduiding S/2002 N5, is ongeveer 23 kilometer groot en doet er bijna 9 jaar over om rond de ijsreus te draaien. De zwakkere Neptunusmaan heeft een voorlopige naam S/2021 N1 en is ongeveer 14 kilometer groot met een baan van bijna 27 jaar. Ze zullen beide permanente namen krijgen, gebaseerd op de 50 Nereïde zeegodinnen uit de Griekse mythologie. "Nadat de baan van S/2002 N5 rond Neptunus was bepaald met behulp van de waarnemingen van 2021, 2022 en 2023, werd deze getraceerd naar een object dat in 2003 in de buurt van Neptunus werd waargenomen, maar verloren ging voordat kon worden bevestigd dat het rond de planeet draaide," legt Sheppard uit.
Om alle drie de nieuwe manen te ontdekken, moesten tientallen opnamen van vijf minuten worden gemaakt gedurende periodes van drie of vier uur gedurende een reeks nachten. Deze opnames werden verschoven door de schijnbare beweging van elke respectieve planeet en bij elkaar opgeteld om één zeer diep beeld te creëren. Door deze tijdsintensieve observatietechniek te gebruiken op enkele van de grootste telescopen ter wereld, konden de onderzoeksbeelden dieper gaan dan alle eerdere observaties bij Uranus en Neptunus. "Omdat de manen in slechts enkele minuten bewegen ten opzichte van de achtergrondsterren en sterrenstelsels, zijn enkelvoudige lange belichtingen niet ideaal voor het vastleggen van diepe beelden van bewegende objecten", aldus Sheppard. "Door deze meervoudige belichtingen in lagen op te nemen, verschijnen sterren en sterrenstelsels met een spoor erachter en worden bewegende objecten die lijken op de gastplaneet gezien als puntbronnen, waardoor de manen achter de achtergrondruis in de beelden tevoorschijn komen."
Alle nieuwe manen van Uranus en Neptunus hebben verre, excentrische en schuine banen die erop wijzen dat ze door de zwaartekracht van deze planeten werden gevangen tijdens of kort nadat Uranus en Neptunus zich vormden uit de ring van stof en puin die onze zon in haar kinderjaren omringde. Alle reuzenplaneten in ons zonnestelsel hebben vergelijkbare configuraties voor hun buitenste manen, ongeacht hun grootte of het proces waardoor ze gevormd zijn. "Zelfs Uranus, die op zijn kant ligt, heeft een vergelijkbare maanpopulatie als de andere reuzenplaneten die rond onze zon draaien," legt Sheppard uit. "En Neptunus, die waarschijnlijk het verre Kuipergordelobject Triton heeft veroverd, een ijsrijk lichaam dat groter is dan Pluto, een gebeurtenis die zijn maansysteem zou kunnen hebben verstoord, heeft buitenmanen die lijken op zijn buren."
Een beter begrip van de geschiedenis van hoe deze buitenste manen werden veroverd, kan astronomen zoals Sheppard en zijn collega's helpen om nieuwe details op te helderen over de tumultueuze beginjaren van de geschiedenis van ons zonnestelsel en de beweging van de planeten aan de buitenranden. Mogelijke toekomstige ruimtemissies naar Uranus en Neptunus die in de planningsfase verkeren, zullen deze kennis vergroten en onderzoekers in staat stellen om deze nieuw ontdekte manen met nieuwe ogen te bekijken. De nieuwe manen laten ook zien dat er dynamische groeperingen van buitenmanen rond Uranus en Neptunus bestaan, zoals die rond Jupiter en Saturnus. Bij Uranus heeft S/2023 U1 een baan die lijkt op die van Caliban en Stephano. Bij Neptunus heeft S/2021 N1 een baan die lijkt op die van Psamathe en Neso, terwijl S/2002 N5 een baan heeft die lijkt op die van Sao en Laomedeia. Deze groeperingen suggereren dat ooit grotere moedermaantjes uit elkaar zijn gevallen door botsingen in het verleden, waarschijnlijk met kometen of asteroïden, waarbij de afgebroken fragmenten achterbleven in vergelijkbare banen als de oorspronkelijke grotere maan. Er zijn waarschijnlijk veel kleinere maanfragmenten in deze groeperingen, maar deze zijn over het algemeen te zwak om met de huidige technologie efficiënt waar te nemen. Deze maangroepen laten zien dat het vroege zonnestelsel een zeer chaotische plek was waar voortdurend bewegingen en botsingen plaatsvonden tussen verschillende objecten.
De nieuwe waarnemingen vervolledigen waarschijnlijk de inventaris van de manen van Uranus en Neptunus tot respectievelijk 8 en 14 kilometer. Ter vergelijking: Jupiter is compleet met manen van ongeveer 2 kilometer groot, terwijl Saturnus compleet is met manen van ongeveer 3 kilometer groot.
De ontdekking van de Uranusmaan S/2023 U1 op 4 november 2023 - Scott Sheppard
