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.
Кольца Сатурна.
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.
Кольца Урана
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.
