Ведущий автор статьи – HYODO Ryuki (Университет Кобе, Аспирантура Науки), и соавторы – профессор Себастьен Чарноз (Назначьте де Физика дю Globe/Universite Париж Дидро), профессор OHTSUKI Keiji (Университет Кобе, Аспирантура Науки), и Адъюнкт-профессор Проекта GENDA Hidenori (Институт Земной науки о жизни, Токийский технологический институт).У гигантских планет в нашей солнечной системе есть очень разнообразные кольца.
Наблюдения показывают, что кольца Сатурна сделаны больше чем из 95%-х ледяных частиц, в то время как кольца Урана и Нептуна более темные и могут иметь более высокое горное содержание. Так как кольца Сатурна сначала наблюдались в 17-м веке, расследование колец расширилось от земных телескопов до космического корабля, таких как Вояджерс и Кассини. Однако происхождение колец было все еще неясно и механизмы, которые приводят к разнообразным кольцевым системам, были неизвестны.
Данное исследование, сосредоточенное на периоде, назвало Последнюю Тяжелую Бомбардировку, которая, как полагают, произошла 4 миллиарда лет назад в нашей солнечной системе, когда гигантские планеты подверглись орбитальной миграции. Считается, что несколько тысяч, размера Плутона (одна пятая размера Земли) объекты от пояса Койпера, существовали во внешней солнечной системе вне Нептуна. Сначала исследователи вычислили вероятность, что эти большие объекты прошли достаточно близко к гигантским планетам, которые будут разрушены их приливной силой во время Последней Тяжелой Бомбардировки. Результаты показали, что Сатурн, Уран и Нептун испытали близкие столкновения с этими большими астрономическими объектами многократно.
Затем группа использовала компьютерные моделирования, чтобы исследовать разрушение этих объектов пояса Койпера приливной силой, когда они передали близость гигантских планет. Результаты моделирований изменились в зависимости от начальных условий, таких как вращение мимолетных объектов и их минимального расстояния подхода до планеты. Однако, они обнаружили, что во многих случаях фрагменты, включающие 0.1-10% начальной массы мимолетных объектов, были захвачены на орбиты вокруг планеты.
Объединенная масса этих захваченных фрагментов, как находили, была достаточна, чтобы объяснить массу текущих колец вокруг Сатурна и Урана. Другими словами, эти планетарные кольца были сформированы, когда достаточно большие объекты прошли очень близко к гигантам и были разрушены.Исследователи также моделировали долгосрочную эволюцию захваченных фрагментов, используя суперкомпьютеры в Национальной Астрономической Обсерватории Японии. От этих моделирований они нашли, что захваченные фрагменты с начальным размером нескольких километров, как ожидают, будут неоднократно подвергаться быстродействующим столкновениям и постепенно разрушаются в маленькие части.
Такие столкновения между фрагментами, как также ожидают, будут рассылать циркуляры орбиты и приводить к формированию колец, наблюдаемых сегодня.Эта модель может также объяснить композиционное различие между кольцами Сатурна и Урана.
По сравнению с Сатурном у Урана (и также Нептун) есть более высокая плотность (средняя плотность Урана составляет 1.27 г cm-3 и 1.64 г cm-3 для Нептуна, в то время как тот из Сатурна составляет 0.69 г cm-3). Это означает, что в случаях Урана (и Нептун), объекты могут пройти в близкой близости планеты, где они испытывают чрезвычайно сильные приливные силы. (У Сатурна есть более низкая плотность и большое отношение диаметра к массе, поэтому если объекты пройдут очень близко, то они столкнутся с самой планетой). В результате, если объекты пояса Койпера выложили слоями структуры, такие как скалистое ядро с ледяной мантией и проходом в близкой близости Урана или Нептуна, в дополнение к ледяной мантии, даже скалистое ядро будет уничтожено и захвачено, формируя кольца, которые включают скалистый состав.
Однако, если они пройдут Сатурном, только ледяная мантия будет разрушена, формируя ледяные кольца. Это объясняет различные кольцевые составы.Эти результаты иллюстрируют, что кольца гигантских планет – естественные побочные продукты процесса формирования планет в нашей солнечной системе. Это подразумевает, что у гигантских планет, обнаруженных вокруг других звезд, вероятно, есть кольца, сформированные подобным процессом.
Об открытии кольцевой системы вокруг экзопланеты недавно сообщили, и дальнейшие обнаружения колец и спутников вокруг экзопланет продвинут наше понимание своего происхождения.Примечания(1) Поздно Тяжелая Бомбардировка: период орбитальной нестабильности, которая произошла в нашей солнечной системе приблизительно 4 миллиарда лет назад.
Считается, что в этот период было много маленьких тел, которые в конечном счете не стали планетами, которые существовали в орбите вне Нептуна. В результате гравитационных взаимодействий с гигантскими планетами орбиты этих маленьких тел стали нестабильными, и многие из них вошли в солнечную систему и столкнулись с планетами, которые уже сформировались. Считается, что большинство кратеров на поверхности луны было сформировано в этот период.
(2) Объекты пояса Койпера: большое количество маленьких тел сделало изо льда и скалы, которые существуют вне орбиты Нептуна.