Sistem de inele - Ring system

Luni Prometeu (dreapta) și Pandora orbita doar în interiorul și în afara inelului F al lui Saturn , dar numai Prometeu este gândit să funcționeze ca un cioban inel

Un sistem de inele este un disc sau inel care orbitează un obiect astronomic care este compus din material solid, cum ar fi praful și lunetele , și este o componentă comună a sistemelor de satelit din jurul planetelor uriașe. Un sistem de inele din jurul unei planete este, de asemenea, cunoscut sub numele de sistem de inele planetare .

Cele mai proeminente și mai cunoscute inele planetare din sistemul solar sunt cele din jurul lui Saturn , dar celelalte trei planete gigantice ( Jupiter , Uranus și Neptun ) au și sisteme de inele. Dovezi recente sugerează că sistemele de inele pot fi găsite și în jurul altor tipuri de obiecte astronomice, inclusiv planete minore, luni și pitici bruni și, de asemenea, spațiile interplanetare dintre planete precum Venus și Mercur .

Sisteme de inele ale planetelor

Inelul care se învârte în jurul lui Saturn este format din bucăți de gheață și praf. Pata mică întunecată de pe Saturn este umbra din luna lui Saturn, Enceladus .

Există trei moduri în care s-a propus că s-au format inele planetare mai groase (inelele din jurul planetelor): din materialul discului protoplanetar care se afla în limita Roche a planetei și, prin urmare, nu putea să se unească pentru a forma luni, din resturile unei luna care a fost întreruptă de un impact mare sau din resturile unei luni care a fost întreruptă de stresul mareelor când a trecut în limita Roche a planetei. Se credea că majoritatea inelelor sunt instabile și se disipează pe parcursul a zeci sau sute de milioane de ani, dar acum pare că inelele lui Saturn ar putea fi destul de vechi, datând din primele zile ale sistemului solar.

Inelele planetare mai slabe se pot forma ca urmare a impactului meteoroidelor cu lunile care orbitează în jurul planetei sau, în cazul inelului E al lui Saturn, al ejectelor de material criovolcanic.

Compoziția particulelor inelare variază; pot fi silicat sau praf înghețat. Pot fi prezente și roci și bolovani mai mari, iar în 2007 au fost detectate efecte de maree de la opt „lunete” de numai câteva sute de metri în interiorul inelelor lui Saturn. Dimensiunea maximă a unei particule inelare este determinată de rezistența specifică a materialului din care este format, densitatea acestuia și forța mareelor la altitudinea sa. Forța mareelor este proporțională cu densitatea medie din raza inelului sau cu masa planetei împărțită la raza inelului în cuburi. De asemenea, este invers proporțional cu pătratul perioadei orbitale a inelului.

Uneori , inele vor avea „ ciobănești “ sateliți , mici sateliți care orbita în apropierea marginilor interioare sau exterioare ale inelelor sau în cadrul lacune în inele. Gravitatea sateliții oieri servește pentru a menține o margine definită brusc la inel; materialul care se apropie de orbita lunii păstorului este fie deviat înapoi în corpul inelului, expulzat din sistem, fie adunat pe luna însăși.

De asemenea, se prezice că Phobos , o lună a lui Marte, se va despărți și se va forma într-un inel planetar în aproximativ 50 de milioane de ani. Orbita sa joasă, cu o perioadă orbitală mai scurtă decât o zi marțiană, se descompune din cauza decelerării mareelor .

Jupiter

Sistemul inelar al lui Jupiter a fost al treilea descoperit, când a fost observat pentru prima dată de sonda Voyager 1 în 1979 și a fost observat mai amănunțit de orbitatorul Galileo în anii '90. Cele patru părți principale ale sale sunt un toro slab gros, cunoscut sub numele de „halo”; un inel principal subțire, relativ luminos; și două „inele de gossamer” largi și slabe. Sistemul constă în mare parte din praf.

Saturn

Inelele lui Saturn sunt cel mai extins sistem de inele al oricărei planete din sistemul solar și, prin urmare, se știe că există de ceva timp. Galileo Galilei le-a observat pentru prima dată în 1610, dar nu au fost descrise cu exactitate ca un disc în jurul lui Saturn până când Christiaan Huygens nu a făcut-o în 1655. Inelele nu sunt o serie de inele mici, așa cum cred mulți, ci sunt mai mult un disc cu densitate variabilă. Acestea constau în cea mai mare parte din gheață de apă și urme de rocă , iar particulele au dimensiuni de la micrometri la metri.

Uranus

Sistemul de inele al lui Uranus se află între nivelul de complexitate al vastului sistem al lui Saturn și sistemele mai simple din jurul lui Jupiter și Neptun. Au fost descoperite în 1977 de James L. Elliot , Edward W. Dunham și Jessica Mink . În perioada cuprinsă între 2005 și 2005, observațiile făcute de Voyager 2 și de telescopul spațial Hubble au condus la identificarea a 13 inele distincte, dintre care majoritatea sunt opace și au o lățime de doar câțiva kilometri. Sunt întunecate și constau probabil din gheață de apă și unele substanțe organice procesate prin radiații . Lipsa relativă de praf se datorează rezistenței aerodinamice din exosfera extinsă - coroana Uranus.

Neptun

Sistemul din jurul lui Neptun este format din cinci inele principale care, la cel mai dens, sunt comparabile cu regiunile cu densitate redusă ale inelelor lui Saturn. Cu toate acestea, acestea sunt slabe și prăfuite, mult mai asemănătoare ca structură cu cele ale lui Jupiter. Materialul foarte întunecat care alcătuiește inelele este probabil organice prelucrate prin radiații , ca în inelele lui Uranus. 20-70 la sută din inele sunt praf , o proporție relativ mare. Indiciile inelelor au fost văzute cu zeci de ani înainte de descoperirea lor concludentă de către Voyager 2 în 1989.

Sisteme de inele ale planetelor și lunilor minore

Rapoartele din martie 2008 au sugerat că luna lui Saturn, Rhea, ar putea avea propriul său sistem de inele , ceea ce l-ar face să fie singura lună cunoscută care are un sistem de inele. Un studiu ulterior publicat în 2010 a dezvăluit că imagistica Rhea de către nava spațială Cassini era incompatibilă cu proprietățile prezise ale inelelor, sugerând că un alt mecanism este responsabil pentru efectele magnetice care au dus la ipoteza inelului.

Unii astronomi fuseseră teoretizați că Pluto ar putea avea un sistem de inele. Cu toate acestea, această posibilitate a fost exclusă de New Horizons , care ar fi detectat orice astfel de sistem de inele.

Chariklo

10199 Chariklo , un centaur , a fost prima planetă minoră descoperită cu inele. Are două inele , probabil din cauza unei coliziuni care a determinat un lanț de resturi să o orbiteze. Inelele au fost descoperite când astronomii l-au observat pe Chariklo trecând în fața stelei UCAC4 248-108672 pe 3 iunie 2013 din șapte locații din America de Sud. În timp ce priveau, au văzut două scufundări în strălucirea aparentă a stelei chiar înainte și după ocultare. Deoarece acest eveniment a fost observat în mai multe locații, concluzia că scăderea luminozității s-a datorat de fapt inelelor este unanim ipoteza principală. Observațiile au relevat ceea ce este probabil un sistem de inele de 19 kilometri (12 mile), care este de aproximativ 1.000 de ori mai aproape decât este Luna de Pământ. În plus, astronomii suspectează că ar putea exista o lună care orbitează printre resturile inelului. Dacă aceste inele sunt resturile unei coliziuni așa cum suspectează astronomii, acest lucru ar da furaj ideii că lunile (cum ar fi Luna) se formează prin coliziuni de bucăți mai mici de material. Inelele lui Chariklo nu au fost numite oficial, dar descoperitorii le-au poreclit Oiapoque și Chuí, după două râuri din apropierea capetelor nordice și sudice ale Braziliei.

Chiron

Un al doilea centaur, 2060 Chiron , este, de asemenea, suspectat că are o pereche de inele. Pe baza datelor de ocultare stelară care au fost inițial interpretate ca rezultând din jeturi asociate cu activitatea asemănătoare cometei lui Chiron, inelele sunt propuse să aibă o rază de 324 (± 10) km. Aspectul lor în schimbare la diferite unghiuri de vizualizare poate explica variația pe termen lung a luminozității lui Chiron în timp.

Sistemele inelare se pot forma în jurul centaurilor atunci când sunt întrerupte în mod ordonat într-o întâlnire strânsă (cu 0,4 până la 0,8 ori limita Roche ) cu o planetă gigantică. (Prin definiție, un centaur este o planetă minoră a cărei orbită traversează orbita (orbitele) uneia sau mai multor planete gigantice.) Pentru un corp diferențiat care se apropie de o planetă gigantă la o viteză relativă inițială de 3-6 km / s cu o rotație inițială timp de 8 ore, se prezice o masă inelară de 0,1% -10% din masa centaurului. Formarea inelului dintr-un corp nediferențiat este mai puțin probabilă. Inelele ar fi compuse în mare parte sau în întregime din material din mantaua înghețată a corpului părinte. După formare, inelul se va răspândi lateral, ducând la formarea satelitului din orice porțiune a acestuia se extinde dincolo de limita Roche a centaurului. Sateliții s-ar putea forma, de asemenea, direct din mantaua înghețată întreruptă. Acest mecanism de formare prezice că aproximativ 10% din centauri vor avea experiențe potențiale de formare a inelelor cu planete gigantice.

Haumea

Un inel în jurul Haumea , o planetă pitică și membru rezonant al centurii Kuiper , a fost dezvăluit de o ocultare stelară observată la 21 ianuarie 2017. Aceasta îl face primul obiect trans-Neptunian găsit care are un sistem de inele. Inelul are o rază de aproximativ 2.287 km, o lățime de ~ 70 km și o opacitate de 0,5. Planul inelar coincide cu ecuatorul lui Haumea și orbita lunii sale mai mari, exterioare Hi'iaka (care are o axă semimajoră de ,25.657 km). Inelul este aproape de rezonanța 3: 1 cu rotația lui Haumea, care este situată pe o rază de 2.285 ± 8 km. Se află cu mult în limita Roche a lui Haumea , care s-ar afla la o rază de aproximativ 4.400 km dacă Haumea ar fi sferică (faptul că nu este sferic împinge limita mai departe).

Inele în jurul exoplanetelor

Deoarece toate planetele uriașe ale sistemului solar au inele, existența exoplanetelor cu inele este plauzibilă. Deși particulele de gheață , materialul predominant în inelele lui Saturn , pot exista numai în jurul planetelor dincolo de linia de îngheț , în interiorul acestei linii inelele formate din material stâncos pot fi stabile pe termen lung. Astfel de sisteme inelare pot fi detectate pentru planetele observate prin metoda de tranzit prin reducerea suplimentară a luminii stelei centrale dacă opacitatea lor este suficientă. Începând din 2020, un sistem de inel extrasolar candidat a fost găsit prin această metodă, în jurul HIP 41378 f .

Fomalhaut b s-a dovedit a fi mare și neclar definit atunci când a fost detectat în 2008. Acest lucru a fost presupus fie datorat unui nor de praf atras de pe discul de praf al stelei, fie a unui posibil sistem de inele, deși în 2020 Fomalhaut b însuși a fost determinat foarte probabil să fie un nor de resturi în expansiune dintr-o coliziune de asteroizi, mai degrabă decât o planetă. În mod similar, Proxima Centauri c a fost observat a fi mult mai strălucitoare decât se aștepta pentru masa sa redus de 7 ori masa Pământului, care poate fi atribuită unui sistem ciclic de aproximativ 5 R _J .

O secvență de ocultări a stelei 1SWASP J140747.93-394542.6 observată în 2007 pe parcursul a 56 de zile a fost interpretată ca un tranzit al unui sistem inelar al unui însoțitor (care nu a fost observat direct) substelar numit „J1407b”. Acestui sistem de inele i se atribuie o rază de aproximativ 90 de milioane de km (de aproximativ 200 de ori mai mare decât a inelelor lui Saturn). În comunicatele de presă, a fost folosit termenul „super-Saturn”. Cu toate acestea, vârsta acestui sistem stelar este de doar aproximativ 16 milioane de ani, ceea ce sugerează că această structură, dacă este reală, este mai probabil un disc circumplanetar decât un sistem inelar stabil într-un sistem planetar evoluat . S-a observat că inelul are o distanță de 0,0267 UA la o distanță radială de 0,4 UA. Simulările sugerează că acest decalaj este mai probabil rezultatul unei luni încorporate decât efectele de rezonanță ale unei luni externe.