行星的卫星和环系统

围绕巨行星以及（微弱地）其他行星运行的各种天然卫星和扁平的轨道碎片盘。

Definition

行星的卫星是围绕行星和其他天体运行的天然卫星，环系统是由无数小轨道粒子组成的扁平盘，主要受与卫星的引力相互作用控制。

Scope

本主题涵盖天然卫星和行星环，因为它们形成了一个耦合的动力学系统。它涉及环行星盘中规则卫星的起源和不规则卫星的捕获、从微小牧羊卫星到行星大小天体的卫星多样性，以及环系统的结构、组成和动力学，包括缝隙、波浪以及牧羊卫星和共振的作用。土星环作为典型代表，已通过卡西尼任务进行了深入研究。

Core questions

• 规则卫星和不规则卫星是如何形成和被捕获的？
• 哪些过程创造并维持了环结构，包括缝隙和密度波？
• 卫星如何在环内引导、限制和清除物质？
• 行星环的年龄有多大，它们是稳定还是短暂的？

Key theories

环行星盘卫星形成理论

大型规则卫星形成于围绕成长中的巨行星的气体和固体盘中，这解释了它们的顺行、近赤道、大致圆形的轨道。

洛希极限和环的起源

在行星的洛希极限内，潮汐力阻止物质吸积成卫星，因此被破坏天体的碎片或未吸积的物质以环的形式存在。

共振和牧羊卫星对环的塑造

引力共振和附近的牧羊卫星限制环边缘，清除缝隙，并激发螺旋密度波和弯曲波，揭示环的质量和动力学。

Mechanisms

卫星和环之间存在引力相互作用：共振将波泵入环中并打开缝隙，而嵌入的小卫星则清理出通道并引导环边缘。环在碰撞和粘性作用下扩散，并受到卫星的限制；行星附近洛希极限内的物质无法聚结，从而维持了环的存在。

Clinical relevance

环系统是吸积盘和原行星过程的易于研究的类比物，而巨行星的卫星则包括冰质世界，它们是寻找宜居环境的主要目标。

History

伽利略于1610年发现木星的四颗大卫星以及惠更斯和卡西尼对土星环的研究开启了这一领域。旅行者号飞掠任务揭示了复杂的环结构和各种各样的卫星，而卡西尼任务在土星的十三年彻底改变了对环动力学、嵌入式小卫星和卫星系统的理解。

Debates

土星环的年龄

土星环是古老的，可追溯到太阳系早期，还是由被破坏的卫星或彗星最近形成的，这一问题基于其高纯度和推断质量而存在争议。

Key figures

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

Seminal works

• murraydermott1999
• tiscareno2013

Frequently asked questions

行星环由什么组成？

主要由无数的冰和岩石颗粒组成，大小从尘埃颗粒到巨石不等，它们都以薄盘的形式围绕行星运行；土星环尤其富含水冰。

为什么环内没有形成卫星？

在靠近行星的洛希极限内，潮汐力足够强大，足以将任何聚集体撕裂，因此环粒子无法在那里聚集成卫星。