Кольца планет Солнечной системы¶

Кольца планет — тонкие плоские структуры из частиц льда, камня и пыли, вращающиеся вокруг планет по орбитам, лежащим вблизи экваториальной плоскости. В Солнечной системе кольца обнаружены у четырёх планет-гигантов: Сатурна, Юпитера, Урана и Нептуна. Наиболее развитой и заметной системой обладает Сатурн, кольца которого видны в любительский телескоп; у остальных планет кольца слабые и были открыты лишь в XX веке.

¶Сатурн

Кольца Сатурна — самая массивная и яркая кольцевая система Солнечной системы. Их общая масса оценивается в доли процента от массы планеты, средняя толщина составляет от десятков метров до нескольких километров, а ширина простирается на десятки тысяч километров. Система состоит из тысяч отдельных колец и колечек, разделённых промежутками.

Основные кольца обозначаются латинскими буквами в порядке их открытия. Наиболее известны:

• Кольцо A — внешнее из больших колец, отделено от кольца B щелью Кассини шириной около 4800 км;
• Кольцо B — самое яркое и плотное;
• Кольцо C — полупрозрачное, расположено внутри кольца B;
• Кольца D, E, F — более слабые и тонкие;
• Кольца G и H — далёкие, разреженные.

Кольца состоят преимущественно из водяного льда с примесями силикатов и органических соединений. Размер частиц варьируется от микроскопической пыли до глыб диаметром в несколько метров. Среди колец выделяются кольца-«пропасти» (например, щель Кассини и щель Энке), где плотность вещества резко снижена под действием гравитационных резонансов с крупными спутниками, прежде всего с Мимасом.

Происхождение колец Сатурна остаётся предметом дискуссий. Согласно одной из гипотез, они сформировались из обломков кометы или астероида, разрушенного приливными силами планеты. Альтернативная гипотеза предполагает, что кольца — остатки древнего спутника, распавшегося в прошлом. По данным космического аппарата «Кассини», кольца молоды — их возраст оценивается в сотни миллионов лет, что противоречит представлению об их существовании на протяжении всей истории Сатурна.

¶Юпитер

Кольца Юпитера были открыты в 1979 году космическим аппаратом «Вояджер-1». Система состоит из трёх основных компонентов: тонкого гало-кольца, главного кольца и тонкого кольца. В отличие от сатурновских, кольца Юпитера слабые и состоят преимущественно из пылевидных частиц, выбитых с поверхности внутренних спутников — Адрастеи, Метиды, Адрии и Фебы — под действием ударов мелких метеороидов.

Яркость колец Юпитера на порядки ниже, чем у Сатурна, поэтому они не наблюдаемы с Земли даже в сильнейшие телескопы. Главное кольцо содержит два компонента: плотное внутреннее кольцо и более разреженное внешнее, связанное с орбитой Адрии.

¶Уран

Кольца Урана открыты 10 марта 1977 года при прохождении планеты по диску звезды — во время покрытия звезды планетой астрономы обнаружили характерные провалы яркости, вызванные прохождением лучей через кольца. Система включает 13 известных колец, из которых наиболее заметны Эпсилон, Дельта, Гамма, Бета и Альфа.

Кольца Урана узкие и тёмные, состоят из крупных частиц диаметром до нескольких десятков сантиметров, покрытых тёмным углеродистым веществом. Среди колец выделяются два «молодых» кольца — Мю и Ню, обнаруженные телескопом «Хаббл» в 2003—2005 годах; они, вероятно, сформировались недавно из материала выбитого с поверхности спутника Миренды.

¶Нептун

Кольца Нептуна открыты в 1989 году аппаратом «Вояджер-2». Система состоит из пяти основных колец — Адамс, Галле, Леватье, Ласселл и Араго. Наиболее интересно кольцо Адамс, которое содержит несколько плотных дуг — участков повышенной плотности, названных в честь выдающихся астрономов: Франклин, Арго, Леватье и Галле.

Дуги Нептуна долгое время ставили под сомнение закономерности орбитальной механики: согласно классическим расчётам, дуги должны были бы рассеяться за относительно короткое время. Исследования показали, что их стабильность обеспечивается гравитационным воздействием спутника Галимеды, находящегося в резонансе с кольцом.

¶Сравнительная характеристика

¶Механизмы формирования

Кольца планет формируются и поддерживаются несколькими механизмами. Приливные силы разрушают тела, приближающиеся к планете ближе предела Роша. Гравитационные резонансы с крупными спутниками создают в кольцах щели и дуги. Магнитное поле планеты и солнечный ветер влияют на мельчайшие пылевидные частицы. Спутники-пастухи, вращающиеся вблизи колец, формируют их края и поддерживают узкие структуры.

¶Значение

Изучение колец планет позволяет получить данные о составе и эволюции протопланетных дисков, из которых формируются планетные системы. Кольца Сатурна исследовались аппаратом «Кассини» с 2004 по 2017 год; данные, полученные в ходе миссии, существенно уточнили представления о массе, структуре и возрасте колец.

Источники:

• «Планетология» — учебное пособие
• Материалы миссии NASA «Кассини — Хайгенс»
• «Спутники планет» — справочное издание
• Публикации журнала «Астрономический вестник»