Сперва главное:
🔭 Новое исследование показывает, что кольца вокруг спутников могут оставаться стабильными в течение миллиона лет, даже под воздействием гравитации других объектов Солнечной системы.
🌑 Кольца есть у многих планет и их спутников в нашей системе, например, у Сатурна и некоторых внешних планет. Недавние исследования с помощью наземных телескопов обнаружили кольца у нескольких кентавров и малых планет, включая Хаумеа. Даже у Земли и Марса могли когда-то быть кольца. Однако пока ни одно исследование не обнаружило колец вокруг каких-либо из более чем 300 лун Солнечной системы.
🤔 Отсутствие колец у большинства спутников озадачивает, так как физические процессы, создающие кольца, теоретически возможны на планетах и их спутниках. Но многие луны подвергались астероидным ударам или имеют криовулканы, но при этом они без колец.
🌍 Чтобы выяснить, могут ли лунные кольца быть стабильными, астрофизик Марио Сусерквиа и его коллеги провели новое исследование. Они выбрали пять наборов сферических лун и соседних планет, включая Землю и Луну, и добавили кольца ко всем спутникам. Затем они смоделировали поведение колец в течение миллиона лет под влиянием гравитации родительской луны, других близлежащих лун и планеты.
🚀 Исследование показало, что лунные кольца были стабильны, особенно у Япета, спутника Юпитера, и даже у Луны Земли была 95% вероятность стабильной кольцевой системы. Авторы предполагают, что негравитационные факторы, такие как солнечное излучение и заряженные частицы от магнитных полей родительских планет лун, привели к распаду любых предыдущих колец.
Теперь подробнее:
Ни одна из лун в нашей Солнечной системе сегодня не имеет колец. Но новое исследование показывает, что такие кольца, если бы они были созданы, могли бы оставаться стабильными в течение миллиона лет, даже подвергаясь гравитационному воздействию со стороны других объектов Солнечной системы. Полученные данные углубляют тайну того, почему эти спутники сейчас лишены колец.
Кольца окружают многие члены нашей планетарной семьи. Сатурн, возможно, самый известный пример, окружённый восемью основными кольцами, состоящими из тысяч более мелких колечек, но три другие внешние планеты также обладают кольцами, как показали космические миссии «Вояджер». Эти кольцевые системы состоят из кусков льда и горных пород различных размеров и поддерживаются небольшими лунами-пастухами, чьи гравитационные силы притягивают обломки и корректируют их положение.
Более поздние исследования с использованием наземных телескопов выявили кольца, окружающие несколько кентавров — астероидов за орбитой Юпитера — и малые планеты, включая яйцевидную Хаумеа. Даже у Земли и Марса когда-то могли быть кольца. Однако ни одно исследование до сих пор не выявило колец вокруг каких-либо из 300 с лишним лун Солнечной системы. (Исследование 2008 года, утверждающее, что у спутника Юпитера Реи было кольцо, оказалось ложной тревогой.)
Это отсутствие тем более интригует, потому что физические процессы, создающие кольца, теоретически могут происходить как на планетах, так и на их спутниках. По словам Мэтью Тискарено, планетолога из Института SETI в Маунтин-Вью, Калифорния, кольцо может образоваться вокруг объекта, когда обломки начинают вращаться вокруг него по орбите. Эти обломки могут быть выброшены с поверхности тела после столкновения с астероидом или кометой или могут состоять из ледяных шлейфов, выбрасываемых мощными криовулканами. Со временем гравитационные силы вдоль экваториальной выпуклости тела сплющивают обломки в кольцо, сообщил Тискарено в интервью Live Science.
Но многие луны пострадали от ударов астероидов или имеют криовулканы, и всё же они остаются без колец.
Эти наблюдения побудили Марио Сусерквиа, астрофизика из Университета Гренобль-Альпы во Франции, и его коллег исследовать, могут ли лунные кольца вообще быть стабильными. Исследование, проведённое в 2022 году, показало, что теоретически изолированные луны могут иметь стабильные кольца вокруг себя. Но это исследование не учитывало гравитационные воздействия других лун и планет.
Чтобы исследовать это, в новом исследовании, опубликованном 30 октября 2024 года в журнале Astronomy and Astrophysics, Сусерквиа и его коллеги выбрали пять наборов сферических лун и соседних с ними планет, включая Землю и Луну. Для каждого набора команда добавила кольца ко всем спутникам, а затем смоделировала, как кольца будут вести себя в течение миллиона лет, подвергаясь гравитационному притяжению со стороны родительской луны, других близлежащих лун и планеты. Исследователи также рассчитали, насколько хаотично перемещались частицы кольца в течение тысячелетия, чтобы определить стабильность колец.
Исследователи ожидали, что кольца окажутся нестабильными, но модель показала, что, за исключением нескольких лун, включая Мимас, спутник Сатурна, похожий на «Звезду Смерти», эти лунные кольца были стабильны, особенно Япет у Юпитера. Даже у Луны Земли была вероятность 95% поддерживать стабильную систему колец при моделировании.
«Мы не ожидали, что луны во враждебной гравитационной среде, где многие другие луны и планеты нарушают их кольца, всё равно сохранят стабильность», — сказал Сусерквиа. Но вместо этого «эти враждебные среды, вместо того чтобы разрушать кольца, на самом деле наделяли их великолепной красотой, создавая структуры, подобные промежуткам и волнам, подобным тем, которые наблюдаются в кольцах Сатурна», — сказал он.
Так почему же у лун сегодня нет колец? Авторы предполагают, что негравитационные факторы, включая солнечное излучение и заряженные частицы из магнитных полей родительских планет лун, привели к распаду любых предыдущих колец.
Не все согласны с выводами исследования. Тискарено, который не принимал участия в исследовании, считает, что в долгосрочной перспективе кольца, вероятно, были разрушены гравитационным притяжением самих родительских лун.
«Поскольку большинство лун Солнечной системы вращаются очень медленно (сохраняя одно и то же лицо обращённым к своей планете, пока они вращаются по орбите, как наша Луна к Земле), любые частицы кольца должны вращаться вокруг луны гораздо быстрее, чем вращается луна», — сказал он. Таким образом, гравитационные рывки со стороны родительских лун в течение длительных периодов времени «приведут к тому, что орбиты частиц кольца будут затухать, пока они в конечном итоге не столкнутся с поверхностью луны», — сказал он. Другими словами, если у нашей луны когда-либо были кольца, они давно упали на лунную поверхность.