Размер колец Урана контролируется пятью основными спутниками планеты, которые способны выбрасывать значительное количество пыли из системы Урана, согласно новому моделированию, призванному выяснить, откуда могли появиться кольца. Исследование еще не было опубликовано в научном журнале, но уже доступно на сайте препринтов arXiv.
Седьмая планета от Солнца, Уран, примечательна тем, что наклонена набок на 98 градусов, что является наследием гигантского удара, произошедшего давным-давно в истории планеты.
«Одной из моих мотиваций было выяснить, являются ли кольца Урана артефактами первоначального удара, который опрокинул Уран на бок. Оказывается, ответ, вероятно, отрицательный, потому что материал кольца просто не будет храниться долго», — сказал профессор Стивен Кейн из Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR).
Кейн и его коллега-планетолог из UCR Чжексинг Ли являются авторами новой статьи, описывающей моделирование взаимодействия между пятью основными спутниками Урана — Умбриэлем, Титанией, Обероном, Мирандой и Ариэлем — и кольцами. В частности, взаимодействия достигают своего пика, когда спутники находятся в «резонансе среднего движения» с кольцами.
Резонанс среднего движения между двумя объектами, вращающимися по орбите, возникает, когда период обращения внешнего тела на целое число превышает период обращения внутреннего тела. Например, если Луна совершает одну орбиту на каждые две орбиты, совершенные кольцевыми частицами на определенном расстоянии от Урана, они попадают в гравитационный резонанс. Этот резонанс может вывести кольцевой материал из системы и уменьшить размер кольцевой системы Урана. Наибольшее влияние оказывают резонансы с двумя самыми внутренними большими спутниками Урана — Мирандой шириной 480 километров и Ариэлем шириной 1160 километров — которые сильно усекают кольца на расстоянии в 4,3 планетарных радиуса. (Радиус Урана составляет 25 362 км, поэтому 4,3 планетарных радиуса составляют 109 000 км).
Кольца Урана, возможно, были больше и ярче, когда они первоначально сформировались, но с тех пор уменьшились из-за очищающего воздействия лун. Тот факт, что у Урана все еще есть кольца, позволяет предположить, что они пополняются различными источниками пыли в системе Урана. Одним из основных источников являются удары, большие и малые, о спутники.
«До сих пор относительно неизвестно, какова скорость удара Урана», — сказал Кейн. «Но существование колец, несмотря на эту потерю массы действительно предполагает, что она может быть выше, чем первоначально предполагалось».
Помимо воздействия, выделение газа также может способствовать поступлению частиц в систему. Когда ледяные луны вступают в резонанс, гравитационные приливы от других лун и самого Урана могут изгибать их внутренности, вызывая криовулканизм, который приводит к извержению материала из лун.
Кейн и Ли обнаружили, что после притока пылевых частиц в систему Урана одним из вышеперечисленных методов спутники способны выбросить 35% этого материала на расстояние 40 планетарных радиусов (около 1 миллион км) Урана всего за полмиллиона лет. Затем скорость потери массы замедляется и через десятки миллионов лет достигает 40%.
«Я был удивлен тем, насколько высока скорость потери массы», — сказал Кейн. «Именно взаимодействие между лунами вызывает потерю массы».
Еще больше усложняет ситуацию то, что орбиты спутников Урана со временем изменились.
«Есть много свидетельств того, что они со временем переместились в разные резонансные места», — сказал Кейн. Учитывая, что ближе к Урану существует больше возможностей для резонансных орбит, «усечение колец в прошлом было бы более серьезным, поскольку внутренние луны входили в резонанс и выходили из него».
Моделирование также показывает, что у колец была возможность иметь стабильные орбиты между орбитами больших спутников.
«Очень интересно подумать о том, как бы это выглядело, если бы луны были заключены в кольца, а луны вырезали бы эти промежутки», — сказал Кейн.
Уран — не единственная планетная система, которая ведет себя подобным образом. В 2022 году Кейн провел аналогичное исследование Юпитера, у которого очень слабые и тонкие кольца, что скрывает огромную массу планеты. В этом исследовании Кейн обнаружил, что четыре больших галилеевых спутника Юпитера — Ио, Европа , Ганимед и Каллисто — были ответственны за выброс большей части пылевого материала, который в противном случае мог бы попасть в кольца.
На данный момент сценарии на Юпитере и Уране существуют только в теоретическом моделировании. Может ли будущая миссия на Уран действительно измерить потерю массы системы?
«Это скорее вопрос о том, будет ли возможность измерить потерю массы в то время, потому что для того, чтобы наблюдать потерю массы, должна присутствовать масса, которую можно потерять», — сказал Кейн. Без геологически недавнего воздействия, направленного на пополнение запасов пыли, «я подозреваю, что количество массы, теряемой в настоящее время, довольно минимально».
Эту идею вскоре можно будет подвергнуть испытанию. Недавнее десятилетнее планетарное исследование определило миссию орбитального корабля Урана как главный приоритет с запуском самое позднее в середине 2030-х годов и прибытием к Урану в 2040-х годах. Миссия будет изучать внутреннюю часть Урана, измеряя его гравитационное поле, что, в свою очередь, повлияет на скорость потери массы. Если в системе есть пыль, орбитальный аппарат может даже обнаружить ее утечку. Поскольку Уран все еще остается относительно неисследованной границей в Солнечной системе и только одна миссия (Вояджер-2 НАСА) ненадолго пролетела мимо него, в будущем нас может ожидать много захватывающих открытий.
По информации https://planet-today.ru/novosti/nauka/item/160470-koltsa-urana-sderzhivayut-ego-nadoedlivye-sputniki
Обозрение "Terra & Comp".
