Планетарные луны и кольцевые системы

Разнообразные естественные спутники и плоские диски из обломков, вращающиеся вокруг планет-гигантов и, в меньшей степени, других планет.

Definition

Планетарные луны — это естественные спутники, вращающиеся вокруг планет и других тел, а кольцевые системы — это уплощенные диски из бесчисленных малых вращающихся частиц, управляемые в основном гравитационными взаимодействиями с лунами.

Scope

Эта тема охватывает естественные спутники и планетные кольца вместе, поскольку они образуют связанную динамическую систему. В ней рассматривается происхождение регулярных спутников в околопланетных дисках и захват нерегулярных лун, разнообразие спутников от крошечных спутников-пастухов до миров размером с планету, а также структура, состав и динамика кольцевых систем, включая щели, волны и роль спутников-пастухов и резонансов. Кольца Сатурна служат архетипом, глубоко изученным миссией Кассини.

Core questions

• Как образуются и захватываются регулярные и нерегулярные спутники?
• Какие процессы создают и поддерживают структуру колец, включая щели и волны плотности?
• Как луны направляют, удерживают и очищают материал внутри колец?
• Каков возраст планетных колец, и являются ли они стабильными или временными?

Key theories

Образование спутников из околопланетного диска

Крупные регулярные луны образовались из диска газа и твердых частиц вокруг растущей планеты-гиганта, что объясняет их прямое, почти экваториальное, примерно круговое движение по орбите.

Предел Роша и происхождение колец

В пределах Роша планеты приливные силы препятствуют аккреции материала в луну, поэтому обломки разрушенных тел или неаккрецированный материал сохраняются в виде колец.

Формирование колец резонансными и спутниками-пастухами

Гравитационные резонансы и близлежащие спутники-пастухи ограничивают края колец, очищают щели и возбуждают спиральные волны плотности и изгибные волны, которые раскрывают массу и динамику колец.

Mechanisms

Луны и кольца гравитационно взаимодействуют: резонансы возбуждают волны в кольцах и открывают щели, в то время как малые встроенные луны расчищают проходы и формируют края колец. Кольца расширяются под действием столкновений и вязкости и удерживаются лунами; материал вблизи планеты внутри предела Роша не может сливаться, поддерживая кольца.

Clinical relevance

Кольцевые системы являются доступными аналогами аккреционных дисков и протопланетных процессов, а луны планет-гигантов включают ледяные миры, которые являются основными целями в поиске обитаемых сред.

History

Открытие Галилеем четырех больших лун Юпитера в 1610 году и изучение колец Сатурна Гюйгенсом и Кассини положили начало этой области. Пролеты Вояджера выявили сложную структуру колец и множество лун, а тринадцатилетняя миссия Кассини на Сатурне изменила понимание динамики колец, встроенных лун и спутниковой системы.

Debates

Возраст колец Сатурна

Вопрос о том, являются ли кольца Сатурна древними, датирующимися ранней Солнечной системой, или образовались недавно из разрушенной луны или кометы, обсуждается на основе их высокой чистоты и предполагаемой массы.

Key figures

• Carolyn Porco
• Carl Murray
• Matthew Tiscareno
• Jack Lissauer

Seminal works

• murraydermott1999
• tiscareno2013

Frequently asked questions

Из чего состоят планетные кольца?

В основном из бесчисленных частиц льда и камня размером от пылинок до валунов, все они вращаются вокруг планеты в тонком диске; кольца Сатурна особенно богаты водяным льдом.

Почему луны не образуются внутри колец?

Вблизи планеты, в пределах Роша, приливные силы достаточно сильны, чтобы разорвать любой агрегат, поэтому частицы кольца не могут слипнуться в луну там.