Кольцевая система - Ring system

«Кольцо планет» перенаправляется сюда. Для использования в других целях см. Планета Кольцо.
В луны Прометей (справа) и Пандора орбита внутри и снаружи Кольцо F из Сатурн, но считается, что только Прометей функционирует как кольцо пастыря

А кольцевая система это диск или кольцо, вращающееся вокруг астрономический объект который состоит из твердого материала, такого как пыль и луны, и является общим компонентом спутниковые системы вокруг планет-гигантов. Кольцевая система вокруг планеты также известна как планетарное кольцо система.[1]

Самые известные и известные планетарные кольца в Солнечная система находятся те, кто вокруг Сатурна, но остальные три планеты-гиганты (Юпитер, Уран, и Нептун ) также имеют кольцевые системы. Недавние данные свидетельствуют о том, что кольцевые системы также могут быть обнаружены вокруг других типов астрономических объектов, включая малые планеты, луны и коричневые карлики, а также межпланетные пространства между планетами, такие как Венера и Меркурий.[1]

Кольцевые системы планет

Кольцо кружится Сатурн состоит из кусков льда и пыли. Маленькое темное пятно на Сатурне - тень от луны Сатурна. Энцелад.

Было предложено три способа образования более толстых планетарных колец (колец вокруг планет): из материала протопланетный диск это было в Предел Роша планеты и, таким образом, не могли слиться, чтобы образовать луны из обломков Луна который был разрушен сильным ударом, или обломками Луны, которые были разрушены приливные напряжения когда он прошел в пределах планеты Рош. Большинство колец считалось нестабильным и рассеивалось в течение десятков или сотен миллионов лет, но теперь выясняется, что кольца Сатурна могут быть довольно старыми, относящимися к ранним дням существования Солнечной системы.[2]

Более слабые планетарные кольца могут образоваться в результате ударов метеороидов с лунами, вращающимися вокруг планеты, или, в случае E-кольца Сатурна, выброса криовулканического материала.[3][4]

Состав кольцевых частиц варьируется; это может быть силикатная или ледяная пыль. Могут присутствовать и более крупные камни и валуны, а в 2007 г. приливный В пределах колец Сатурна были обнаружены эффекты восьми «лунных летательных аппаратов» диаметром всего несколько сотен метров. Максимальный размер кольцевой частицы определяется удельная сила материала, из которого он сделан, его плотности и приливной силы на его высоте. Приливная сила пропорциональна средней плотности внутри радиуса кольца или массе планеты, деленной на радиус куба кольца. Оно также обратно пропорционально квадрату орбитального периода кольца.

Иногда кольца будут иметь "пасти" луны, маленький луны которые вращаются вблизи внутренних или внешних краев колец или внутри зазоров в кольцах. В сила тяжести пастушьих лун служит для сохранения резкого края кольца; материал, который приближается к орбите пастушьей луны, либо отклоняется обратно в тело кольца, либо выбрасывается из системы, либо накапливается на самой Луне.

Также предполагается, что Фобос, спутник Марса, распадется и сформируется в планетное кольцо примерно через 50 миллионов лет. Его низкая орбита с орбитальным периодом короче марсианских суток и распадается из-за приливное замедление.[5][6]

Юпитер

Основная статья: Кольца Юпитера

Кольцевая система Юпитера была третьей из открытых, когда ее впервые наблюдали Вояджер 1 зонд в 1979 г.,[7] и более тщательно наблюдались Галилео орбитальный аппарат в 1990-е годы.[8] Его четыре основные части представляют собой слабый толстый тор, известный как «гало»; тонкое, относительно яркое основное кольцо; и два широких тусклых «тонких кольца».[9] Система состоит в основном из пыли.[7][10]

Сатурн

Основная статья: Кольца Сатурна

Кольца Сатурна - самая обширная кольцевая система из всех планет Солнечной системы, и поэтому известно, что они существуют уже довольно давно. Галилео Галилей впервые наблюдал их в 1610 году, но они не были точно описаны как диск вокруг Сатурна до тех пор, пока Кристиан Гюйгенс сделал это в 1655 году.[11] С помощью NASA / ESA / ASI Кассини миссии, дальнейшее понимание формирования кольца и активного движения было понято.[12] Кольца - это не набор крошечных локонов, как многие думают, а скорее диск различной плотности.[13] Они состоят в основном из водяного льда и следовых количеств камень, а размер частиц варьируется от микрометров до метров.[14]

Уран

Основная статья: Кольца Урана

Система колец Урана находится между уровнем сложности обширной системы Сатурна и более простыми системами вокруг Юпитера и Нептуна. Они были обнаружены в 1977 г. Джеймс Л. Эллиот, Эдвард В. Данхэм и Джессика Минк.[15] В период с того времени по 2005 г. наблюдения Вояджер 2[16] и Космический телескоп Хаббла[17] привело к идентификации 13 различных колец, большинство из которых непрозрачны и имеют ширину всего несколько километров. Они темные и, вероятно, состоят из водяного льда и некоторых обработанных радиацией органика. Относительное отсутствие пыли связано с аэродинамическое сопротивление из расширенного экзосфера -корона Урана.

Нептун

Основная статья: Кольца Нептуна

Система вокруг Нептуна состоит из пяти основных колец, которые по своей плотности сопоставимы с областями с низкой плотностью колец Сатурна. Однако они тусклые и пыльные, гораздо больше похожи по структуре на Юпитера. Очень темный материал, из которого изготовлены кольца, вероятно, является органикой, обработанной радиация, как в кольцах Урана.[18] От 20 до 70 процентов колец пыль, относительно высокая доля.[18] Были замечены намеки на кольца в течение многих десятилетий до их окончательного открытия Вояджер 2 в 1989 г.

Системы колец малых планет и лун

Отчеты за март 2008 г.[19][20][21] предположил, что спутник Сатурна Рея можно иметь собственная тонкая кольцевая система, что делает его единственной луной, имеющей кольцевую систему. Более позднее исследование, опубликованное в 2010 году, показало, что изображения Реи Кассини космический корабль не соответствовало предсказанным свойствам колец, предполагая, что какой-то другой механизм ответственен за магнитные эффекты, которые привели к гипотезе колец.[22]

Некоторые астрономы предположили, что Плутон может иметь кольцевую систему.[23] Однако такая возможность была исключена Новые горизонты, который обнаружил бы любую такую ​​кольцевую систему.

Чарикло

10199 Чарикло, а кентавр, была первой обнаруженной малой планетой с кольцами. Она имеет два кольца возможно, из-за столкновения, в результате которого вокруг него вышла цепь обломков. Кольца были обнаружены, когда астрономы наблюдали Чарикло, проходящего перед звездой UCAC4 248-108672 3 июня 2013 года из семи мест в Южной Америке. Во время просмотра они увидели два провала в видимой яркости звезды непосредственно до и после затмения. Поскольку это событие наблюдалось в нескольких местах, вывод о том, что падение яркости на самом деле произошло из-за колец, единодушно является ведущей гипотезой. Наблюдения показали, что это, вероятно, система колец шириной 19 километров (12 миль), которая примерно в 1000 раз ближе, чем Луна к Земле. Кроме того, астрономы подозревают, что среди обломков кольца могла вращаться луна. Если эти кольца являются остатками столкновения, как подозревают астрономы, это послужит питательной средой для идеи о том, что луны (такие как Луна) образуются в результате столкновений более мелких частиц материала. Кольца Чарикло официально не называются, но первооткрыватели прозвали их Ояпок и Чуи в честь двух рек у северной и южной оконечностей Бразилии.[24]

Хирон

Второй кентавр, 2060 Хирон, также подозревается, что у него есть пара колец.[25][26] На основе данных о покрытии звезд, которые первоначально интерпретировались как следствие джетов, связанных с кометоподобной активностью Хирона, предполагается, что кольца имеют радиус 324 (± 10) км. Их изменяющийся внешний вид под разными углами обзора может объяснить длительные изменения яркости Chiron во времени.[26]

Кольцевые системы могут формироваться вокруг кентавров, когда они приливно нарушенный при близком контакте (в пределах от 0,4 до 0,8 раз больше Предел Роша ) с планетой-гигантом. (По определению кентавр - это малая планета, орбита которой пересекает орбиту (орбиты) одной или нескольких планет-гигантов.) дифференцированное тело При приближении к планете-гиганту с начальной относительной скоростью 3-6 км / с с начальным периодом вращения 8 часов прогнозируется масса кольца 0,1% -10% массы кентавра. Образование кольца из недифференцированного тела менее вероятно. Кольца будут состоять в основном или полностью из материала ледяной мантии родительского тела. После формирования кольцо будет расширяться в стороны, что приведет к формированию спутника из любой его части, простирающейся за Предел Роша кентавра. Спутники также могли формироваться прямо из разорванной ледяной мантии. Этот механизм формирования предсказывает, что примерно 10% кентавров испытали потенциально образующие кольца встречи с планетами-гигантами.[27]

Хаумеа

Кольцо вокруг Хаумеа, а карликовая планета и резонансный член пояса Койпера, был обнаружен звездным затмением, наблюдаемым 21 января 2017 года. Это делает его первым транснептуновый объект обнаружено, что есть кольцевая система.[28][29] Кольцо имеет радиус около 2287 км, ширину ≈70 км и непрозрачность 0,5.[29] Плоскость кольца совпадает с экватором Хаумеа и орбитой его более крупного внешнего спутника. Hi’iaka[29] (с большой полуосью ≈25 657 км). Ринг близок к соотношению 3: 1 резонанс с вращением Хаумеа, который находится в радиусе 2285 ± 8 км.[29] Это хорошо в пределах Хаумеа Предел Роша, который лежал бы в радиусе около 4400 км, если бы Хаумеа был сферическим (несферичность раздвигает предел еще дальше).[29]

Кольца вокруг экзопланет

Потому что все планеты-гиганты Солнечной системы есть кольца, существование экзопланеты с кольцами правдоподобно. Хотя частицы лед, материал, преобладающий в кольца Сатурна, может существовать только вокруг планет за пределами линия мороза, внутри этой линии кольца, состоящие из каменистого материала, могут долгое время оставаться стабильными.[30] Такие кольцевые системы могут быть обнаружены для планет, наблюдаемых с помощью метод транзита дополнительным уменьшением света центральной звезды, если их непрозрачность достаточна. По состоянию на 2020 год этим методом была найдена одна кандидатная внесолнечная кольцевая система, около HIP 41378 f.[31]

Фомальгаут б был обнаружен в 2008 году как большой и нечетко очерченный. Предполагалось, что это связано либо с облаком пыли, притянутым пылевым диском звезды, либо с возможной системой колец,[32] хотя в 2020 году было определено, что сам Фомальгаут b является расширяющимся облаком обломков в результате столкновения астероидов, а не планеты.[33] По аналогии, Проксима Центавра c было замечено, что он намного ярче, чем ожидалось, из-за его малой массы в 7 масс Земли, что может быть отнесено к системе колец примерно 5 рJ.[34]

Последовательность покрытий звезды 1SWASP J140747.93-394542.6 наблюдавшаяся в 2007 г. в течение 56 дней была интерпретирована как прохождение кольцевой системы (непосредственно не наблюдалось) субзвездный спутник получил название «J1407b».[35] Радиус этой системы колец составляет около 90 миллионов км (примерно в 200 раз больше, чем у колец Сатурна). В пресс-релизах использовался термин «супер-Сатурн».[36] Однако возраст этой звездной системы составляет всего около 16 миллионов лет, что позволяет предположить, что эта структура, если она реальна, более вероятно, околопланетный диск а не стабильная кольцевая система в развитой планетная система. Кольцо имеет зазор шириной 0,0267 а.е. на радиальном расстоянии 0,4 а.е. Моделирование предполагает, что этот разрыв, скорее, является результатом встроенной луны, чем резонансных эффектов внешней луны (лун).[37]

Визуальное сравнение

А Галилео изображение Юпитер главное кольцо.
А Кассини мозаика из Кольца Сатурна.
А Вояджер 2 изображение Уран кольца.
Пара Вояджер 2 изображения Нептун кольца.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б НАСА (12 марта 2019 г.). «Что ученые обнаружили после просеивания пыли в Солнечной системе». EurekAlert!. Получено 12 марта 2019.
  2. ^ «Кольца Сатурна могут быть старожилами». НАСА (выпуск новостей 2007-149). 12 декабря 2007 г. В архиве из оригинала 15 апреля 2008 г.. Получено 2008-04-11.
  3. ^ Spahn, F .; и другие. (2006). "Измерения пыли Кассини на Энцеладе и их значение для происхождения кольца Е" (PDF). Наука. 311 (5766): 1416–8. Bibcode:2006Научный ... 311.1416S. CiteSeerX  10.1.1.466.6748. Дои:10.1126 / science.1121375. PMID  16527969. S2CID  33554377. В архиве (PDF) из оригинала от 09.08.2017.
  4. ^ Порко, К.; Helfenstein, P .; Thomas, P.C .; Ingersoll, A. P .; Wisdom, J .; West, R .; Neukum, G .; Денк, Т .; Вагнер, Р. (10 марта 2006 г.). «Кассини наблюдает за активным южным полюсом Энцелада» (PDF). Наука. 311 (5766): 1393–1401. Bibcode:2006Научный ... 311.1393P. Дои:10.1126 / science.1123013. PMID  16527964. S2CID  6976648.
  5. ^ Холсэппл, К. А. (декабрь 2001 г.). «Равновесные конфигурации твердых несвязных тел». Икар. 154 (2): 432–448. Bibcode:2001Icar..154..432H. Дои:10.1006 / icar.2001.6683.
  6. ^ Гюртлер Дж. И Доршнер Дж .: "Das Sonnensystem", Барт (1993), ISBN  3-335-00281-4
  7. ^ а б Smith, Bradford A .; Содерблом, Лоуренс А .; Джонсон, Торренс В .; Ингерсолл, Эндрю П .; Коллинз, Стюарт А .; Сапожник, Юджин М .; Хант, Г. Э .; Масурский, Гарольд; Карр, Майкл Х. (1979-06-01). "Система Юпитера глазами" Вояджера-1 ". Наука. 204 (4396): 951–972. Bibcode:1979Наука ... 204..951С. Дои:10.1126 / science.204.4396.951. ISSN  0036-8075. PMID  17800430. S2CID  33147728.
  8. ^ Ockert-Bell, Maureen E .; Бернс, Джозеф А .; Daubar, Ingrid J .; Томас, Питер С .; Веверка, Иосиф; Belton, M. J. S .; Клаасен, Кеннет П. (1999-04-01). «Структура системы колец Юпитера, обнаруженная в эксперименте по визуализации изображений Галилео». Икар. 138 (2): 188–213. Bibcode:1999Icar..138..188O. Дои:10.1006 / icar.1998.6072.
  9. ^ Эспозито, Ларри В. (01.01.2002). «Планетарные кольца». Отчеты о достижениях физики. 65 (12): 1741–1783. Bibcode:2002RPPh ... 65.1741E. Дои:10.1088/0034-4885/65/12/201. ISSN  0034-4885.
  10. ^ Шоуолтер, Марк Р .; Бернс, Джозеф А .; Cuzzi, Джеффри Н .; Поллак, Джеймс Б. (1987-03-01). «Кольцевая система Юпитера: новые результаты о структуре и свойствах частиц». Икар. 69 (3): 458–498. Bibcode:1987Icar ... 69..458S. Дои:10.1016/0019-1035(87)90018-2.
  11. ^ «Историческая справка о кольцах Сатурна». www.solarviews.com. В архиве из оригинала 2012-05-10. Получено 2016-06-15.
  12. ^ "Кассини - в глубине | Миссии - НАСА Исследование Солнечной системы". НАСА Исследование Солнечной системы. В архиве из оригинала на 13.02.2017. Получено 2017-02-13.
  13. ^ Тискарено, Мэтью С. (1 января 2013 г.). «Планетарные кольца». В Освальте, Терри Д.; Френч, Линда М .; Калас, Пол (ред.). Планеты, звезды и звездные системы. Springer Нидерланды. С. 309–375. arXiv:1112.3305. Дои:10.1007/978-94-007-5606-9_7. ISBN  9789400756052. S2CID  118494597.
  14. ^ Порко, Кэролайн. «Вопросы о кольцах Сатурна». Веб-сайт ЦИКЛОПС. В архиве с оригинала от 03.10.2012. Получено 2012-10-05.
  15. ^ Elliot, J. L .; Dunham, E .; Минк Д. (1977-05-26). «Кольца Урана». Природа. 267 (5609): 328–330. Bibcode:1977Натура.267..328E. Дои:10.1038 / 267328a0. S2CID  4194104.
  16. ^ Smith, B.A .; Содерблом, Л. А .; Beebe, R .; Bliss, D .; Boyce, J.M .; Brahic, A .; Бриггс, Г. А .; Brown, R.H .; Коллинз, С. А. (1986-07-04). «Вояджер-2 в системе Урана: результаты визуализации». Наука. 233 (4759): 43–64. Bibcode:1986Наука ... 233 ... 43С. Дои:10.1126 / science.233.4759.43. ISSN  0036-8075. PMID  17812889. S2CID  5895824.
  17. ^ Шоуолтер, Марк Р .; Лиссауэр, Джек Дж. (17 февраля 2006 г.). «Вторая система кольцо-Луна Урана: открытие и динамика». Наука. 311 (5763): 973–977. Bibcode:2006Научный ... 311..973С. Дои:10.1126 / science.1122882. ISSN  0036-8075. PMID  16373533. S2CID  13240973.
  18. ^ а б Smith, B.A .; Содерблом, Л. А .; Banfield, D .; Барнет, С; Басилевский, А. Т .; Биби, Р. Ф .; Bollinger, K .; Boyce, J.M .; Брахич, А. (1989-12-15). «Вояджер-2 на Нептуне: результаты визуализации». Наука. 246 (4936): 1422–1449. Bibcode:1989Sci ... 246.1422S. Дои:10.1126 / science.246.4936.1422. ISSN  0036-8075. PMID  17755997. S2CID  45403579.
  19. ^ «НАСА - Луна Сатурна Рея тоже может иметь кольца». В архиве из оригинала от 22.10.2012. Получено 2010-09-16. НАСА - Луна Сатурна Рея также может иметь кольца
  20. ^ Jones, G.H .; и другие. (2007-03-07). "Пылевой гало самой большой ледяной луны Сатурна, Реи". Наука. 319 (5868): 1380–1384. Bibcode:2008Sci ... 319.1380J. Дои:10.1126 / science.1151524. PMID  18323452. S2CID  206509814.
  21. ^ Лакдавалла, Э. (06.03.2008). «Кольцевая Луна Сатурна? Кассини Обнаруживает возможные кольца в Реи ». Веб-сайт Планетарного общества. Планетарное общество. В архиве из оригинала от 26.06.2008. Получено 2008-03-09.
  22. ^ Тискарено, Мэтью С .; Бернс, Джозеф А .; Cuzzi, Джеффри Н .; Хедман, Мэтью М. (2010). «Визуальный поиск Кассини исключает кольца вокруг Реи». Письма о геофизических исследованиях. 37 (14): L14205. arXiv:1008.1764. Bibcode:2010GeoRL..3714205T. Дои:10.1029 / 2010GL043663.
  23. ^ Steffl, Эндрю Дж .; Стерн, С. Алан (2007). «Первые ограничения на кольца в системе Плутона». Астрономический журнал. 133 (4): 1485–1489. arXiv:Astro-ph / 0608036. Bibcode:2007AJ .... 133.1485S. Дои:10.1086/511770. S2CID  18360476.
  24. ^ «Сюрприз! Над поверхностью астероида находится цирк из двух колец». Вселенная сегодня. Март 2014 г. В архиве из оригинала от 30.03.2014.
  25. ^ Лакдавалла, Э. (2015-01-27). «Второй кольчатый кентавр? Кентавры с кольцами могут быть обычным явлением». Планетарное общество. В архиве из оригинала 31.01.2015. Получено 2015-01-31.
  26. ^ а б Ортис, J.L .; Duffard, R .; Pinilla-Alonso, N .; Альварес-Кандал, А .; Santos-Sanz, P .; Morales, N .; Fernández-Valenzuela, E .; Licandro, J .; Кампо Багатин, А .; Тироуэн, А. (2015). «Возможный материал кольца вокруг кентавра (2060 г.) Хирон». Астрономия и астрофизика. 576: A18. arXiv:1501.05911. Bibcode:2015yCat..35760018O. Дои:10.1051/0004-6361/201424461. S2CID  38950384.
  27. ^ Hyodo, R .; Чарноз, С .; Genda, H .; Оцуки, К. (29.08.2016). «Формирование колец кентавров в результате их частичного разрушения при приливе во время столкновений с планетами». Астрофизический журнал. 828 (1): L8. arXiv:1608.03509. Bibcode:2016ApJ ... 828L ... 8H. Дои:10.3847 / 2041-8205 / 828/1 / L8. S2CID  119247768.
  28. ^ Сикафуз, А. А. (2017). «Астрономия: кольцо обнаружено вокруг карликовой планеты». Природа. 550 (7675): 197–198. Bibcode:2017Натура.550..197С. Дои:10.1038 / 550197a. PMID  29022595.
  29. ^ а б c d е Ортис, Дж. Л .; Santos-Sanz, P .; Sicardy, B .; и другие. (2017). «Размер, форма, плотность и кольцо карликовой планеты Хаумеа от звездного затмения» (PDF). Природа. 550 (7675): 219–223. arXiv:2006.03113. Bibcode:2017Натура.550..219O. Дои:10.1038 / природа24051. HDL:10045/70230. PMID  29022593. S2CID  205260767.
  30. ^ Хильке Э. Шлихтинг, Филип Чанг (2011). «Теплые Сатурны: О природе колец вокруг внесолнечных планет, находящихся внутри ледяной линии». Астрофизический журнал. 734 (2): 117. arXiv:1104.3863. Bibcode:2011ApJ ... 734..117S. Дои:10.1088 / 0004-637X / 734/2/117. S2CID  42698264.
  31. ^ Akinsanmi, B .; и другие. (Март 2020 г.). «Могут ли планетарные кольца объяснить чрезвычайно низкую плотность HIP 41378 f?». Астрономия и астрофизика. 635: L8. arXiv:2002.11422. Bibcode:2020A & A ... 635L ... 8A. Дои:10.1051/0004-6361/202037618.
  32. ^ Калас, Пол; Грэм, Джеймс Р. Чан, Юджин; Фитцджеральд, Майкл П.; Clampin, Марк; Кайт, Эдвин С; Стапельфельдт, Карл; Маруа, Кристиан; Крист, Джон (2008). «Оптические изображения экзосолнечной планеты в 25 световых годах от Земли». Наука. 322 (5906): 1345–8. arXiv:0811.1994. Bibcode:2008Научный ... 322,1345K. Дои:10.1126 / science.1166609. PMID  19008414. S2CID  10054103.
  33. ^ Гаспар, Андраш; Рике, Джордж Х. (20 апреля 2020 г.). «Новые данные HST и моделирование показывают массивное столкновение планетезималей вокруг Фомальгаута». PNAS. 117 (18): 9712–9722. arXiv:2004.08736. Bibcode:2020PNAS..117.9712G. Дои:10.1073 / пнас.1912506117. ЧВК  7211925. PMID  32312810. S2CID  215827666.
  34. ^ Gratton, R .; и другие. (Июнь 2020 г.). «Поиск аналога Proxima c в ближнем инфракрасном диапазоне с использованием высококонтрастных данных SPHERE за несколько эпох на VLT». Астрономия и астрофизика. 638: A120. arXiv:2004.06685. Bibcode:2020A & A ... 638A.120G. Дои:10.1051/0004-6361/202037594.
  35. ^ Мэтью А. Кенуорти, Эрик Э. Мамаджек (2015). «Моделирование гигантских внесолнечных кольцевых систем во время затмения и случай J1407b: лепка экзолунами?». Астрофизический журнал. 800 (2): 126. arXiv:1501.05652. Bibcode:2015ApJ ... 800..126K. Дои:10.1088 / 0004-637X / 800/2/126. S2CID  56118870.
  36. ^ Рэйчел Фелтман (26 января 2015 г.). «Кольца этой планеты делают Сатурн жалким». Вашингтон Пост. В архиве из оригинала 27.01.2015. Получено 2015-01-27.
  37. ^ Саттон, П. Дж. (2019). «Среднее движение резонирует с соседними лунами: маловероятное происхождение разрывов, наблюдаемых в кольце вокруг экзопланеты J1407b». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 486 (2): 1681–1689. arXiv:1902.09285. Дои:10.1093 / mnras / stz563. S2CID  119546405.

внешняя ссылка