Кольцевые системы космических объектов

В общем виде кольцевая система или кольца - это вращающийся вокруг космического объекта диск, который состоит из твердого материала, как правило, это обломки пород, пыль и лёд. В Солнечной системе  четыре планеты-гиганта Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун имеют кольцевые системы.  Кольца обнаружены вокруг некоторых спутников, карликовых планет и даже астероидов.

Исторически первой была открыта система колец Сатурна в начале 17 века. Первым её наблюдал Галилео Галилей. Но возможности его оптики не позволяли видеть кольца, а лишь «придатки» по обе стороны Сатурна. В 1655 году Христиан Гюйгенс, используя более мощный, чем у Галилея, телескоп, впервые описал этот «придаток» как кольцо, окружающее Сатурн.

Кольца вокруг Сатурна состоят в основном из кусков льда и пыли. Снимок космического телескопа «Хаббл», 1998 г. Фото: NASA, ESA, and M. Showalter (SETI Institute).

Более 300 лет Сатурн считался единственной планетой, окружённой кольцами. Лишь в 1977 году у планеты Уран были обнаружены кольца.   Чуть позже, в 1979-м, тонкие кольца были зафиксированы вокруг Юпитера космическим аппаратом «Вояджер-1». А в 1989-м приборы космического аппарата «Вояджер-2» диагностировали наличие кольца вокруг Нептуна.

В 2007 году  КА «Кассини-Гюйгенс» зафиксировал возможное наличие колец вокруг спутника Сатурна – Реи. Это первый случай вероятного обнаружения колец у спутника планеты.  В январе 2017 года стало известно об обнаружении колец у Хаумеи - четвёртой по величине карликовой планеты Солнечной системы. Хаумеа стала первым  транснептуновым объектом с системой колец. В 2023 году были обнаружены кольца у карликовой планеты Квавар.

Уран, снимок космического телескопа «Хаббл», 2005 г. Фото: NASA, ESA, and M. Showalter (SETI Institute).

Но самым необычным было открытие в 2014 году колец вокруг астероида Харикло – самого большого астероида в области между Главным поясом и поясом Койпера. Имея диаметр всего 250 километров, он окружен двумя узкими и плотными кольцами шириной 7 км и 3 км, разделёнными щелью в 9 км. Кольца расположены на расстоянии 390 и 405 км от  центра планетоида. Существование системы колец вокруг малой планеты было неожиданным, поскольку считалось, что кольца могут быть стабильны только вокруг  массивных тел. Остаётся неясным, как Харикло могла удержать кольца в течение длительного времени.

Природа происхождения колец до сих пор не ясна. Известно, что плоскости обращения колец у всех космических объектов, где они обнаружены, совпадают с плоскостью экватора этих объектов. О размерах и составе вещества известно мало. Так, у Сатурна размер материала колец  — от нескольких микрон до десятков метров, а по составу это - водяной лёд с примесями силикатной пыли и обломков. Толщина его колец чрезвычайно мала по сравнению с  шириной: при ширине колец в несколько десятков  тысяч километров их толщина составляет от десяти метров до одного километра.

Наиболее популярной среди специалистов гипотезой происхождения колец вокруг планет является гипотеза столкновения планеты с другим космическим телом, в результате чего образовалось огромное количество мелких обломков, постепенно распределившихся по орбите. Некоторые исследователи не исключают возможность наличия в прошлом короткоживущих  колец у других планет, в том числе и у Земли. Возможное падение Фобоса через несколько десятков миллионов лет может привести к образованию колец вокруг Марса.