Jak powstały efektowne pierścienie Saturna?

Nowy model naukowców z Japonii próbuje wyjaśnić, co spowodowało powstanie pięknych pierścieni otaczających Saturna, Urana i Neptuna. Pomagają w tym symulacje numeryczne.

Naukowcy skoncentrowali się na tak zwanym późnym okresie silnego bombardowania. Uważa się, że to wtedy planety olbrzymy w Układzie Słonecznym doświadczały największej liczby zderzeń z mniejszymi ciałami. Nawet kilka tysięcy obiektów wielkości około jednej piątej rozmiarów Ziemi mogło wówczas krążyć poza orbitą odległego Neptunem. Orbity tych ciał niebieskich, dość niestabilne na skutek oddziaływań grawitacyjnych planet olbrzymów, stały się z czasem silnie ekscentryczne, a duża ich część na skutek tego znalazła się w wewnętrznych obszarach Układu Słonecznego, gdzie łatwo  zderzały się z innymi planetami.

Astronomowie obliczyli, czy w tym czasie małe ciała mające wielkości Plutona i pochodzące z Pasa Kuipera, mogły faktycznie dostawać się tak blisko planet olbrzymów, by w rezultacie rozerwały je ich potężne siły pływowe. Zgodnie z oszacowaniami Saturn, Uran i Neptun mogły doświadczyć wielu takich bliskich spotkań, zwykle kończących się zniszczeniem „zabłąkanych” planetek karłowatych. Naukowcy użyli też specjalnych symulacji komputerowych w celu zbadania, czy siły pływowe mogły rozerwać obiekty z Pasa Kuipera przy przejściu w pobliżu wielkich planet. Wyniki są różne. Symulowano również długookresową ewolucję rozproszonych fragmentów planetek. Okazuje się, że ciała o rozmiarach kilku kilometrów były narażone na kolizje przy bardzo wysokich prędkościach, przez co mogły się szybko roztrzaskiwać na mniejsze kawałki. Kolizje te mogły też – według symulacji – uczynić ich uśrednione orbity bardziej kołowymi i doprowadzić do formacji obserwowanych obecnie struktur pierścieniowych.

Opisywany tu, nowy model wyjaśnia dodatkowo różnice w budowie i składzie pierścieni towarzyszących Saturnowi oraz tym, które okrążają Neptuna i Urana. Uran i Neptun mają większą gęstość niż Saturn, a zatem małe obiekty mogły przechodzić bardzo blisko tych planet, gdzie doświadczały większych sił pływowych. Gdy obiekty Pas Kuipera mijały Urana lub Neptuna, nawet ich skaliste jądra ulegały więc rozrywaniu i przechwyceniu przez planety - na równi z lodowymi okrywami. W ten sposób mogły powstawać pierścienie o składzie w dużej mierze skalistym. Saturn z kolei ma mniejszą gęstość i podobny proces w jego przypadku nie zachodził – planeta ta rozrywała jedynie lodowe płaszcze planetek karłowatych, dzięki czemu ma dziś pierścienie zbudowane w większości z drobin lodu.

Czytaj też:


Źródło: Astronomy.com

Fotografia: pierścienie Saturna. Pierścienie planet-olbrzymów mogą być naturalnym skutkiem ubocznym procesu formowania się planet w Układzie Słonecznym. Wielkie planety okrążające inne gwiazdy także mogą je posiadać. Źródło: NASA/JPL/Space Science Institute