До недавнего времени мы думали, что кольца могут быть только у планет, особенно у планет-гигантов. Что касается нашей Солнечной системы, хорошо известно, что Сатурн демонстрирует их эффектно и зрелищно. Однако гораздо меньше известно, что у Юпитера, Урана и Нептуна тоже есть свои, хотя они гораздо слабее и тоньше, чем у Сатурна.
Все, что мы думали, что знали о кольцах, изменилось в 2013 году, когда с помощью очень точной техники, называемой звездным затмением, было обнаружено кольцо вокруг Харикло, небольшого ледяного тела в Солнечной системе размером всего 250 километров.
Харикло принадлежит к семейству объектов, известных как кентавры, небольшие ледяные тела с орбитами между орбитами Юпитера и Нептуна. У них двойная природа: иногда они ведут себя как неактивные тела, а иногда как активные кометы. Отсюда и его название, навеянное мифологическими существами, наполовину лошадью, наполовину человеком.
Открытие этого кольца вокруг непланетарного тела, такого как Харикло, было неожиданностью, породившей больше вопросов, чем уверенности: как оно образовалось?, как оно удерживалось в замкнутом пространстве?, сколько ему лет? ?
Революция колец
Но на этом удивление не закончилось. Некоторое время спустя были собраны доказательства, также полученные с помощью техники звездных покрытий, которые, казалось, предполагали, что у другого кентавра по имени Хирон (размером около 200 километров) также могло быть собственное кольцо. Обращение колец вокруг непланетных тел только начиналось.
Но прежде чем перейти к новым открытиям, после открытий у кентавров Карикло и Хирона, опишем, из чего состоит техника звездного затмения, дающая столь впечатляющие результаты.
По сути, это очень простой метод, поскольку он состоит в предсказании и наблюдении, когда тело в Солнечной системе проходит перед звездой, блокируя ее свет. Наблюдая за затмением из различных мест на поверхности Земли, мы сможем с большой точностью реконструировать форму тела и получить информацию, сравнимую с той, что была бы получена при космическом полете к такому телу.
Проблема, как это часто бывает, кроется в деталях, поскольку предсказать звездное затмение — задача не из легких.
Начнем с того, что видимый размер на небе этих далеких объектов Солнечной системы очень мал: порядка десяти или нескольких десятков миллисекунд дуги (1 миллисекунда дуги равна 1/3600 000 градуса). Чтобы дать нам представление, объект размером в 30 угловых миллисекунд эквивалентен монете в один евро, видимой с… 140 километров!
Но не только малые размеры этих объектов усложняют прогнозы. Это также осложняется большой неопределенностью их орбит, а это означает, что мы не знаем с большой точностью, где они будут находиться в небе в любой данный момент.
И еще больше усложняет ситуацию то, что положение самих звезд на небе должно быть известно с исключительной точностью, что стало возможным только недавно благодаря измерениям со спутника ESA Gaia.
Несмотря на все трудности, нам удалось предсказать и обнаружить до сих пор около 140 покрытий, произведенных примерно 50 из этих далеких тел.
К сожалению, только около двадцати из них наблюдались более чем с двух мест, что является необходимым условием для получения точных измерений формы и размеров объекта.
Больше кольчатых сюрпризов
Именно предсказание и обнаружение одного из таких звездных покрытий карликовой планетой Хаумеа 21 января 2017 года позволило с большой точностью измерить трехмерную форму, размер и плотность этого объекта размером около 1600 километров. в диаметре. половина. И, о чудо, он также был окружен кольцом!
Эта карликовая планета (категория, к которой сейчас принадлежит Плутон) является частью семейства транснептуновых объектов; то есть они вращаются за пределами Нептуна, в ледяных пределах нашей Солнечной системы.
После открытия нового кольца вокруг непланетарного тела стало ясно, что они могут быть не только у кентавров, но и у транснептуновых объектов. Эти кольцевые структуры, по-видимому, состоят из водяного льда, а также частиц пыли и другого льда.
И так было до тех пор, пока при сборе данных о звездных покрытиях между 2018 и 2021 годами транснептунового объекта Квавар (размер которого составляет около 1100 километров) вокруг этой карликовой планеты не было обнаружено еще одно кольцо. Речь шла бы только об еще одном обнаружении (а их целых четыре!), если бы не тот факт, что это кольцо находится там, где его быть не должно.
После открытия нового кольца вокруг непланетарного тела стало ясно, что они могут быть не только у кентавров, но и у транснептуновых объектов. Эти кольцевые структуры, по-видимому, состоят из водяного льда, а также частиц пыли и другого льда.
И так было до тех пор, пока при сборе данных о звездных покрытиях между 2018 и 2021 годами транснептунового объекта Квавар (размер которого составляет около 1100 километров) вокруг этой карликовой планеты не было обнаружено еще одно кольцо. Речь шла бы только об еще одном обнаружении (а их целых четыре!), если бы не тот факт, что это кольцо находится там, где его быть не должно.
До сих пор все обнаруженные кольца располагались довольно близко к своим родительским телам, в пределах так называемого предела Роша, где приливные силы не позволяют материалу разумной плотности собираться в спутник. Что ж, кольцо Квавара находится за пределами вышеупомянутого предела. Таким образом, мы видим нечто теоретически невозможное: кольцо там, где на самом деле должна быть луна.
Одно из возможных объяснений состоит в том, что между частицами кольца Квавара происходят упругие столкновения, которые не позволяют им «слиться» в спутник. Кроме того, новое открытие подтверждает, что кольца вокруг этих тел встречаются гораздо чаще, чем мы думали: возможно, около 20-25% транснептуновых и кентавровых объектов могут иметь кольца.
Неизвестная земля
Любопытно, что все обнаруженные кольца очень близки к так называемому спин-орбитальному резонансу 3:1. Это означает, что тела вращаются вокруг себя три раза за то же время, когда кольцевая частица совершает полный оборот вокруг объекта. Это соотношение, по-видимому, имеет большое значение для удержания и стабильности этих колец.
Мы до сих пор не знаем ни их происхождения, ни возраста, хотя подозреваем, что они могли образоваться из материала, оторванного от самой поверхности окружающих их предметов в результате столкновений или очень быстрого вращения. Их долговечность пока остается загадкой, но они должны быть относительно стабильными и иметь долгую жизнь, чтобы мы смогли обнаружить по крайней мере четыре.
Связанные новости
В ближайшие годы мы увидим открытие еще многих колец вокруг кентавров и транснептуновых объектов, что прольет свет на эти и другие неразгаданные тайны. Итак, в очередной раз нынешняя парадигма физики нашей Солнечной системы и других планетарных систем изменится.
Эта статья была первоначально опубликована на The Conversation. Читайте оригинал.
