Планетарные кольца — одни из самых завораживающих объектов в космосе. О том, как они образуются, из чего состоят и почему существуют не у всех планет, рассказывают эксперты кафедры астрономии и космической геодезии Томского государственного университета: кандидат физико-математических наук Дмитрий Сергеевич Капарулин и доктор физико-математических наук Татьяна Юрьевна Галушина.
Планетарные кольца представляют собой систему плоских концентрических образований из пыли и льда, которые вращаются вокруг планеты в ее экваториальной плоскости. Кольца не являются сплошным диском — они состоят из множества отдельных объектов размером от миллиметров до метров.
Как и из чего формируются планетарные кольца?
Формирование планетарных колец происходит в особой зоне внутри предела Роша — области, где гравитационное воздействие планеты препятствует объединению частиц в единое небесное тело. Все частицы в кольцах движутся по круговым орбитам строго в плоскости экватора своей планеты. При этом, если плотность материала колец аналогична плотности самой планеты, их протяженность не может превышать 2,44 планетарного радиуса — это определяет максимально возможную удаленность внешней границы кольцевой системы от центра планеты.
«На сегодняшний день ученые не пришли к единой теории происхождения планетарных колец. Существует несколько возможных сценариев их формирования: это может быть как несостоявшийся спутник, образовавшийся из протопланетного диска, так и результат разрушения небесного тела под воздействием приливных сил вблизи планеты», — отмечают ученые.
Еще один возможный механизм формирования кольцевых структур — это выброс вещества с поверхности спутника вследствие ударов метеоритов или вулканической активности. Подобные кольца приобретают тороидальную форму и способны располагаться на значительном удалении от планеты, в том числе за пределом Роша.
Интересно, что возраст кольцевых систем, по результатам большинства современных исследований, составляет сотни миллионов лет — это значительно меньше возраста самих планет.
Где встречаются кольца?
Долгое время считалось, что кольца есть только у газовых гигантов. Однако современные исследования показывают, что они встречаются и у других небесных тел. Кольца обнаружены у четырех планет-гигантов Солнечной системы, а также у некоторых астероидов и карликовых планет. Первая система колец у малого тела была открыта у астероида Харикло в 2013 году. Позже кольца обнаружили у Хирона (подтверждены в 2015), Хаумеа (2017) и Квавара (2023).
Почему кольца существуют не у всех планет?
Нестабильность кольцевых систем планет земной группы определяется комплексом причин. Основной фактор — мощное гравитационное воздействие Солнца, которое дестабилизирует любые потенциальные кольца. В случае Земли ситуация усугубляется влиянием Луны: ее приливные силы активно разрушают возможную структуру колец. Дополнительным препятствием выступает сопротивление атмосферы в верхних слоях планеты, которое препятствует формированию и поддержанию кольцевой структуры.
Существует гипотеза, что в середине ордовикского периода (470–450 миллионов лет назад) у Земли могли существовать кольца. Предполагается, что последующее «выпадение» вещества из колец привело к формированию цепочки кратеров на поверхности планеты и могло стать одной из причин глобального оледенения того периода.
Чем отличаются кольца Урана и Нептуна от колец Сатурна?
Кольца Сатурна выделяются среди других своей яркостью. Они состоят преимущественно изо льда и характеризуются высокой плотностью частиц. Видимая часть колец имеет диаметр до 270 тысяч километров. Менее яркие области — до 1 миллиона километров, а самое внешнее кольцо, состоящее из пыли, выброшенной спутником Фебой, охватывает пространство диаметром 25 миллионов километров.
В отличие от Сатурна, кольца Урана и Нептуна имеют темную окраску. Причина такого различия кроется в химическом составе этих образований. В них присутствуют сложные органические молекулы на основе метана и других летучих веществ. Особое влияние на окраску колец оказывает магнитное поле планет — частицы подвергаются интенсивному радиационному воздействию, в результате чего образуются углеродистые соединения.