что такое кольца планет
У каких планет Солнечной системы есть кольцевая система
Мы знаем, что на просторах Солнечной системы существует настоящая красавица, выделяющаяся роскошной системой колец. Конечно же, речь идет о великолепной планете Сатурн. Но не многие знают, что кольца можно найти и вокруг других миров, пусть и не такие масштабные. Где искать?
Явление колец у небесных тел
Кольца формируются из пыли и льда. Полагают, что это остаточные материалы от создания планет и спутников, которые удерживаются гравитацией небесного тела и вращаются вокруг него по экваториальной плоскости. Вы удивитесь, но подобные «украшения» можно найти не только возле Сатурна, но также у остальных газовых и ледяных гигантов.
Более того, кольцами располагает карликовая планета Хаумеа, астероиды Хирон и Харилко, а также может быть у Реи (луна Сатурна). Велика вероятность, что кольца были когда-то у Земли и однажды появятся у Марса (его спутник Фобос уничтожится на орбите). Давайте ближе познакомимся с кольцами наших гигантов.
Кольца Сатурна
Так как это самый очевидный вариант, то начнем с шестой планеты от Солнца. Впервые эти кольца наблюдал еще в 1610 году Галилео Галилей, использовавший собственный телескоп, добивающийся увеличения изображения в 20 раз. Но астроном не понял, на что смотрит, и посчитал, что речь идет о спутниках или неизвестных планетарных придатках.
О кольцах первым заговорил Христиан Гюйгенс (его телескоп увеличивал в 50 раз) в 1656 году. Темный промежуток (щель) в 1675 году нашел Джованни Кассини, который назвали в его честь. К Сатурну отправляли несколько миссий, но самым примечательным стал полет космического корабля Кассини.
Аппарат стартовал в 1997 году и прибыл к планете в 2004-м. Он не только поведал много новой информации о Сатурне, но также выполнил несколько пролетов между кольцами, отправив качественные фотографии и детализировав состав.
Кольца представлены частицами, размер которых достигает от микрометров до десятков метров (редкие экземпляры). В составе наблюдался водяной лед и небольшое количество силикатной пыли.
Кольца Юпитера
Впервые о возможных кольцах заговорили в 1960 году. В основе легло исследование комет, которые могли прибывать из кольца Юпитера. Впервые их смогли зафиксировать в 1979 году, когда мимо планеты пролетал космический корабль Вояджер-1. Детальный обзор обеспечил пролет корабля Галилео в 1990-х гг.
Полагают, что система появилась из-за вулканической активности спутников, вроде Ио. Важно отметить, что это слабые кольца, представленные по большей части пылью. Есть главное кольцо и два внешних. Пополняются материалом от спутников Адрастеи и Метиды. Частички невероятно маленькие. Ширина главного кольца – 6500 км, а вытягивается на 129 000 км от планеты.
Кольца Урана
Эта система по сложности стоит посредине между кольцами Юпитера и Сатурна. В 1977 году Джеймс Эллиот сумел отыскать сразу 9 колец. В 1986 году пролет корабля Вояджер-2 продемонстрировал два новых кольца, а уже в 2003-2005 гг. обзор космического телескопа Хаббл открыл еще два.
Интересно, что еще за два века до фактического обнаружения Уильям Гершель сообщал, что видит кольца вокруг планеты. Правда современные ученые думают, что он привирал, так как они слишком слабые для наблюдения в инструменты того времени.
Итак, у Урана наблюдается система из 13 колец, радиус которых охватывает от 38000 км до 98000 км. В обзоре они кажутся невероятно темными, поэтому состав должен основываться на водяном льде и органических материалах. В ширину вытягиваются не сколько метров, а среди частиц встречаются как сантиметровые, так и метровые объекты.
Кольца Нептуна
Вокруг восьмой планеты сосредоточено 5 колец. Самое внешнее начинается на удаленности в 63000 км от Нептуна. Полагают, что первое кольцо нашли в 1968 году, но подтвердить удалось лишь в 1984 году. Тогда планета проходила перед звездой, и кольца перекрыли часть света.
Дополнительные слабые кольца заметили при полете космического корабля Вояджер-2 в 1989 году. Тогда не знают, как появилась система, но указывают на гравитационное влияние ближайших спутников. В составе числятся ледяные частички с силикатами или углеродным материалом. Стоит отметить, что эти кольца меняются и уже в ближайшую сотню лет одна дуга способна исчезнуть.
Постскриптум
Теперь вы знаете, что кольца – довольно распространенное явление в нашей системе. Конечно, главной изюминкой остается Сатурн. Правда есть опасения, что однажды и они исчезнут. Поэтому успейте налюбоваться их красотой, пока есть возможность.
Почему некоторые планеты имеют кольца?
Завораживающие кольца Сатурна
В течение очень долгого времени Сатурн считался единственной планетой в нашей Солнечной системе с кольцами. Кольца вокруг Сатурна были открыты астрономом по имени Галилео Галилей почти 400 лет назад. Он использовал очень простой телескоп, который он сконструировал из линз и направил его на планеты в ночном небе. Одним из первых объектов, на которые он посмотрел, был Сатурн. Сначала он подумал, что у Сатурна две большие луны по обе стороны планеты, потому что его телескоп был не очень хорошим и давал только очень размытые изображения.
С тех пор астрономы, которые изучают Вселенную и все в ней, например, планеты, используют большие и лучшие телескопы, чтобы найти кольца вокруг всех внешних газовых планет-гигантов: Юпитера, Сатурна, Нептуна и Урана. Эти планеты, в отличие от других в нашей системе, состоят в основном из газа.
Мы не уверены, как работают кольца или как они образовались, но есть несколько теорий.
Теории образования колец
Первая теория утверждает, что кольца образовались одновременно с планетой. Некоторые частицы газа и пыли, из которых состоят планеты, были слишком далеко от ядра планеты и не могли быть сдавлены гравитацией. Они остались позади, чтобы сформировать кольцевую систему.
Фотография колец Юпитера
Вторая теория, и мой личный фаворит, состоит в том, что кольца образовались, когда два спутника планеты, которые сформировались одновременно с планетой, каким-то образом сбились со своих орбит и в конечном итоге столкнулись друг с другом. То, что осталось в этом огромном крушении, не могло снова собраться вместе, чтобы образовать новый спутник. Вместо этого материал распространился на кольцевую систему, которую мы видим сегодня.
Поскольку у нас пока нет ответов, мы продолжаем изучать и тестировать различные теории.
Что мы действительно знаем, так это то, что кольца вокруг различных планет немного отличаются друг от друга, но все они также имеют некоторые общие характеристики.
Во-первых, все они очень широкие, но тонкие. Кольца Сатурна, например, имеют ширину около 280 000 км (простирается от планеты), но имеют толщину всего 200 метров. Это как обычный блин на тарелке на завтрак шириной 14 км.
Фотография колец Урана
Самое большое различие между кольцами Сатурна и планетами других газовых гигантов заключается в том, что частицы, составляющие кольца Сатурна, очень хорошо отражают свет от Солнца обратно к Земле. Это означает, что они кажутся очень яркими, поэтому мы можем видеть кольца с Земли, используя обычный телескоп. Чрезвычайно большое количество частиц, захваченных в кольцах Сатурна, также делает кольца намного больше и шире; это еще одна причина, по которой их легче увидеть, чем кольца других газовых гигантов.
Строение колец Нептуна
Частицы, которые составляют кольца Урана и Нептуна, содержат элементы, которые были затемнены Солнцем. Эти темные частицы очень похожи на кусочки угля или древесного угля, которые вы используете для разжигания огня. Это делает их менее заметными, потому что они не отражают так много солнечного света назад к нам.
Новые открытия
Откуда взялись кольца у Сатурна и у других планет-гигантов
Кольца Сатурна – давняя загадка для учёных, с самого момента их открытия. И хотя Галилео Галилей в 1610 году не смог их рассмотреть, но уже к 1656 году Христиан Гюйгенс провёл свои наблюдения и написал, что планета окружена кольцом. Да, это было невиданное чудо, странное и загадочное.
Остаётся это загадкой и сейчас, потому что происхождение колец Сатурна до конца так и не выяснено. А ведь они есть и у других планет-гигантов – у Юпитера, у Урана, и у Нептуна. При этом наблюдаются большие различия как в их размерах, так и в составе.
У Сатурна кольца очень широкие и на 90-95% состоят из льда – от микроскопических частиц до крупных ледяных камней и даже настоящих глыб. У других планет кольца тусклые, практически не заметные. Их и обнаружили только благодаря космическим зондам, которые оказались непосредственно вблизи планет. А состав их смешанный – кроме льда, там много и каменистой породы, в основном пыли.
Понятно, что планеты получили свои кольца примерно одинаковым путём, но как именно происходил этот процесс? И почему они получились такими разными, да ещё и с разным составом? Всё это много лет занимает умы учёных, и они разработали разные теории. Самая реалистичная основана на модели Ниццы и компьютерном моделировании.
Модель Ниццы
Чтобы лучше понять, откуда у Сатурна и других планет кольца, обратим внимание на модель Ниццы. Она была разработана в городе обсерватории, расположенной в городе Ницце во Франции, откуда и получила своё название. В ней прорабатывается эволюция Солнечной системы от самого её возникновения. Хотя в ней и есть некоторые труднообъяснимые места, в целом она считается самой правдоподобной и полной на данный момент.
Итак, когда Солнечная система была ещё молодой, примерно 4 миллиарда лет назад, планеты-гиганты располагались на других орбитах, чем сейчас. Они были гораздо ближе к Солнцу и друг к другу. Так, расстояние от Солнца до Нептуна составляло всего примерно 17 а.е, против современных 30 а.е.
Сразу за планетами начинался древний пояс Койпера, где было множество планетезималей, состоящих из льда и камня. Дальняя граница этого пояса располагалась на расстоянии 35 а.е. от Солнца – примерно там, где сейчас Нептун.
Понятно, что планетезимали, которые находились на внутреннем краю этого пояса, взаимодействовали с ближайшими к ним планетами – гигантами – Ураном и Нептуном. В итоге они обычно забрасывались их гравитацией внутрь планетной системы. Там в дело вступали и другие планеты – Сатурн и Юпитер. Происходили столкновения, планетезимали разрывались на части и дробились, некоторые забрасывались на внутренние орбиты, а другие вовсе выбрасывались из Солнечной системы.
Все эти катаклизмы продолжались сотни миллионов лет, но в итоге этого грандиозного «футбола» планеты – гиганты отдалились от Солнца и заняли современное положение. И заодно они получили свои кольца.
Как Сатурн и планеты-гиганты получили свои кольца
Теперь рассмотрим такое понятие, как предел, или радиус Роша. Это такое расстояние от планеты, на котором гравитация спутника уравновешивает действие гравитации планеты, то есть существует гравитационное равновесие. Если этот спутник вдруг окажется к планете ближе, чем предел Роша, то будет разрушен её гравитацией.
А теперь вспомним, что в далёком будущем планеты-гиганты взаимодействовали с большим количеством планетезималей, которые прибывали к ним из раннего пояса Койпера по самым разным траекториям. Многие из них пролетали и ближе, чем предел Роша, а потому разрушались, образуя много обломков разного размера. Вероятно, они достигали в поперечнике 100 км и даже больше.
Часть этих обломков падала в атмосферу, а часть оставалась на орбите. Сталкиваясь между собой и дальше, эти обломки всё больше дробились и приобретали более круговую орбиту. Так они постепенно и образовали кольца. В них сейчас можно обнаружить очень мелкие части бывших обломков, практически микроскопическую пыль.
Но почему же кольца Сатурна состоят в основном из льда, а кольца других планет – преимущественно из каменной пыли? Дело в том, что Сатурн – планета с меньшей плотностью, поэтому гравитация у него меньше, несмотря на большие размеры. И предел Роша у него расположен ближе. Поэтому для разрушения телу нужно приблизиться ближе к Сатурну. Но на такой низкой траектории процесс разрушения не завершается полностью – планета успеет только сорвать верхний слой льда и мантии, а ядро упадёт в атмосферу.
А вот у Урана и Нептуна предел Роша находится далеко от самой планеты. Поэтому они в состоянии разрушить даже тело, которое пролетает далеко от них. При этом они могут разорвать его полностью, не только оболочку, но и само ядро. И все эти куски останутся на орбите. Поэтому в их кольцах больше различных горных пород, чем льда.
Вот такая теория по происхождению колец у планет-гигантов существует сейчас. Конечно, в ней много своих нюансов и сложностей, но на данный момент она лучше всего объясняет весь процесс. Мы рассмотрели его очень упрощённо, и надеемся, что всё было понятно. Кстати, эта теория была смоделирована на компьютере и показала убедительные результаты, а итоги были опубликованы в журнале Icarus.
Ученые обнаружили, что планеты удаляются от своих колец
Команда ученых из японских университетов Ибараки, Когакуин и Тохоку смоделировала удаление планеты от места первоначального формирования. Они выяснили, что после появления кольца планета может удалиться и оставить его позади. Поэтому планеты редко можно увидеть вблизи внешних колец.
Читайте «Хайтек» в
Ученые во главе с Кадзухиро Канагава использовали самый мощный в мире компьютер, который используют астрономы, ATERUI II из Национальной астрономической обсерватории Японии. Они рассмотрели множество разных структур и образований: планет, колец, которые уже сформированы и только образующихся.
Ученые также выявили три фазы удаления планет от колец. В первой фазе, когда планета движется по внутренней оси, кольцо остается нетронутым. Во второй фазе кольцо начинает деформироваться и появляется второе кольцо. В третьей фазе начальное кольцо исчезает, и остается только последнее кольцо, от которого планета может отдаляться.
Природа происхождения колец до сих пор неизвестна. О размерах и составе вещества колец также мало известно. Например, у Сатурна размер колец — от нескольких микрон до десятков метров, а по составу это — водяной лед с примесями силикатной пыли и обломков. Формирование молодых звезд является одним из возможных объяснений происхождения колец, которые астрономы наблюдают в пыли вокруг образующихся планет.
Новости
Время работы: с 10:00 до 21:00,
Выходной день: вторник
«Ретро-кафе»: в дни работы Планетария с 10:00 до 20:00.
Музей «Лунариум» временно закрыт
+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1
Геология космоса: Кольца планет
Некоторые планеты в Солнечной системе окружены кольцами. Это плоские концентрические образования, состоящие из космической пыли и льда, вращающиеся вокруг планеты. Долгое время Сатурн считался единственной планетой, окружённой кольцами. Одним из первых, кто сделал предположение о наличии у Сатурна «придатка», был Галилей. Это было в 1610 году. А в 1655 году Христиан Гюйгенс, используя более мощный, чем у Галилея, телескоп, впервые описал этот «придаток» как кольцо, окружающее Сатурн.
Сатурн, снимок КА «Кассини-Гюйгенс», 2009 г.
Следующей планетой, вокруг которой были обнаружены кольца, был Уран, и произошло это открытие в 1977 году. Чуть позже, в 1979-м, тонкие кольца были зафиксированы вокруг Юпитера космическим аппаратом «Вояджер-1». А в 1989-м приборы КА «Вояджер-2» диагностировали наличие кольца вокруг Нептуна.
Уран, снимок космического телескопа «Хаббл», 2005 г.
Но самым необычным было открытие в 2014 году колец вокруг астероида Харикло – самого большого астероида в области между Главным поясом и поясом Койпера. Имея диаметр всего 250 километров, он окружен двумя узкими и плотными кольцами шириной 7 км и 3 км, разделёнными щелью в 9 км. Кольца расположены на расстоянии 391 и 405 км от центра планетоида. Существование системы колец вокруг малой планеты было неожиданным, поскольку считалось, что кольца могут быть стабильны только вокруг массивных тел. Остаётся неясным, как Харикло могла удержать кольца в течение длительного времени.
Наиболее популярной гипотезой происхождения колец вокруг планет является гипотеза столкновения планеты с другим космическим телом, в результате чего образовалось огромное количество мелких обломков, постепенно распределившихся по орбите. Так ли это? – предмет будущих исследований.