Во внешней Солнечной системе больше колец, чем в Средиземье Толкина, но мы только начинаем разбираться в том, как они создаются.
У Харикло (астероида, который классифицируется как “кентавр”) есть два плотных кольца, вращающихся вокруг него. Пытаясь объяснить их существование, астрономы предложили пока еще не обнаруженный спутник, который, по их мнению, может удерживать кольца на одной линии.
Кольца Сатурна известны уже почти четыре столетия, но за последние 50 лет мы узнали, что они являются лишь самыми яркими примерами общего явления. Зонды “Вояджер” обнаружили меньшие системы колец вокруг трех других газовых гигантов. Между орбитами Юпитера и Нептуна, на границе газовых гигантов, находятся небольшие объекты, известные как кентавры.
В 2013 году самый крупный из них, Харикло, ненадолго заслонил свет звезды (так называемая оккультация или затмение). Звезда погасла для земных наблюдателей, когда Харикло заслонил ее, но она также временно тускнела четыре раза, по два раза до и после этого. Эти затемнения выявили пару колец Харикло, орбиты которых находятся на расстоянии 400 километров от ядра астероида.
С самого начала возникло непонимание, как объект с такой маленькой массой – диаметр Харикло составляет всего 250 километров, и считается, что он состоит в основном из льда – может удерживать стабильные кольца. Повторный анализ того, что сначала считалось кольцами вокруг коллеги-кентавра Хирона, указал на то, что кольца могут быть обычными, но не объяснил их. Но позже ученые выяснили, что кольца Хирона, вероятно, представляют постоянно меняющийся и нестабильный диск из пыли и газа.
Еще более загадочным является тот факт, что кольца Харикло находятся за пределами предела Роша кентавра, если только их плотность не намного ниже плотности самого Харикло. За пределом Роша кольца должны быстро объединяться в луны.
Последующие затмения подтвердили существование колец и показали, что внутреннее кольцо блокирует в 10 раз больше света, чем его компаньон, оставляя астрономам возможность моделировать происходящее.
Доктор Аманда Сикафуз из Института планетарных наук – одна из тех, кто занимается этой проблемой. “Планетарные кольца со временем естественным образом разрастаются или рассеиваются. Харикло демонстрирует два тонких стабильных кольца шириной в несколько километров, – говорится в ее заявлении. Чтобы кольца оставались шириной 7 и 3 километра, должен существовать “механизм, удерживающий материал и не позволяющий ему рассеиваться”, добавила она.
Сикафуз и соавторы показали, что без такого механизма кольца линейно увеличиваются в размерах с течением времени, что противоречит плотным, узким полосам, на которые указывают довольно кратковременные перепады яркости. Если только мы не наблюдаем самое начало образования колец у Харикло, то что-то должно удерживать их в плотном состоянии.
То же моделирование показывает, что это мог бы сделать спутник, расположенный в подходящем месте: шириной около 3 километров и весом в несколько десятков миллиардов тонн. Мы не смогли бы увидеть этот объект на таком расстоянии.
Ранее считалось, что для этого могут потребоваться две пастушьи луны.
Сикафуз отметила: “Мы считаем, что частицы кольца состоят в основном из водяного льда, как у планет-гигантов. Мы не знаем точных характеристик, например, насколько “твердыми” или “мягкими” являются частицы кольца при столкновении, или распределения частиц по размерам”. Кольца из твердых частиц будут поддерживаться предполагаемой луной неограниченно долго, но за границами предела Роша мягкие частицы с гораздо большей вероятностью в будущем сами станут лунами.
Альтернативное объяснение – гравитационная аномалия на поверхности Харикло и скорость вращения, позволяющая силе этой аномалии удерживать кольца на одной линии.
Хотя Сикафуз описала физику двух сценариев как схожую, такая концентрация массы на поверхности кажется менее соответствующей нашим знаниям о малых планетах. С другой стороны, гораздо проще представить, что более раннее кольцо превратилось в луну, а затем поддерживало стабильность оставшихся лун, что, как считается, объясняет существование кольца F Сатурна, поддерживаемое небольшими лунами Пандорой и Прометеем.
Хотя идея о том, что у Харикло есть луна, может показаться решением загадки, недавняя переоценка Сикафуз колец Хирона говорит о том, что не стоит быть слишком уверенным без дополнительных наблюдений. Если окажется, что оба кентавра имеют совершенно разное окружение, это поднимет еще больше вопросов, например, что является лучшим аналогом – карликовая планета Хаумеа или транснептуновый объект Квавар, и сколько других вариантов существует.
Исследование опубликовано в открытом доступе в журнале The Planetary Science Journal.
Читайте также: Кольца Сатурна намного, намного моложе своей планеты