Луна Земли могла иметь кольца, похожие на кольца Сатурна, говорится в новом исследовании

Кольца окружают многих представителей нашей планетарной семьи. Сатурн, пожалуй, самый известный пример: его опоясывают восемь главных колец, состоящих из тысяч колец поменьше, но кольца есть и у трех других внешних планет, как показали космические миссии «Вояджер». Состоящие из кусков льда и камней разного размера, эти кольцевые системы поддерживаются небольшими пастушьими лунами, гравитационные силы которых тянут куски и изменяют их положение.

Более поздние исследования с помощью наземных телескопов показали, что кольца окружают несколько кентавров — астероидов за орбитой Юпитера — и малых планет, включая яйцеобразную Хаумеа. Возможно, даже Земля и Марс когда-то имели кольца. Однако до сих пор ни одно исследование не выявило кольца ни у одной из 300 с лишним лун Солнечной системы. (Исследование 2008 года, в котором утверждалось, что луна Юпитера Рея обладает кольцом, оказалось ложной тревогой).

Это отсутствие тем более интригует, что физические процессы, приводящие к образованию колец, теоретически могут происходить как на планетах, так и на их спутниках. Кольцо может образоваться вокруг объекта, когда вокруг него начинает вращаться мусор, говорит Мэтью Тискарено, ученый-планетолог из Института SETI в Маунтин-Вью, Калифорния. Эти обломки могут быть подняты с поверхности тела после столкновения с астероидом или кометой, а могут состоять из ледяных шлейфов, выброшенных мощными криовулканами. Со временем гравитационные силы, действующие на экваториальную выпуклость тела, сплющивают обломки в кольцо, рассказал Тискарено в электронном письме Live Science. Но многие луны пострадали от ударов астероидов или имеют криовулканы — и все же они остаются без колец.

Охота за пропавшими лунными кольцами

Эти наблюдения побудили Марио Сукеркиа, астрофизика из французского Университета Гренобль-Альп, и его коллег выяснить, могут ли лунные кольца вообще быть стабильными. Исследование, проведенное в 2022 году в соавторстве с Сусеркией, показало, что теоретически изолированные луны могут иметь стабильные кольца вокруг себя. Но в том исследовании не учитывалось гравитационное воздействие других лун и планет.

Похожие: Какая температура на Луне?

Чтобы выяснить это, в новом исследовании, опубликованном 30 октября 2024 года в журнале Astronomy and Astrophysics. Сукеркия и его коллеги выбрали пять наборов сферических лун и соседних с ними планет, включая Землю и Луну. Для каждого набора команда добавила кольца ко всем спутникам, а затем смоделировала, как кольца будут вести себя в течение миллиона лет, будучи притянутыми родительской луной, другими близлежащими лунами и планетой. Исследователи также рассчитали, насколько хаотично частицы колец двигались в течение тысячелетия, чтобы определить их стабильность.

Исследователи ожидали обнаружить, что кольца нестабильны, но модель показала, что, за исключением нескольких лун, включая луну Мимас, «Звезду смерти» Сатурна, эти лунные кольца стабильны — особенно Иапет Юпитера. Даже луна Земли имела 95-процентную вероятность поддержания стабильной кольцевой системы в ходе моделирования.

«Мы не ожидали, что луны, находящиеся во враждебной гравитационной среде, когда множество других лун и планет нарушают их кольца, будут сохранять стабильность», — сообщил Сусеркия в электронном письме Live Science. Но вместо этого «враждебная среда не только не разрушила кольца, но и придала им большую красоту, создав такие структуры, как разрывы и волны, подобные тем, что наблюдаются в кольцах Сатурна», — сказал он.

Куда делись все кольца?

Почему же сегодня у лун нет колец? Авторы предполагают, что негравитационные факторы, включая солнечное излучение и заряженные частицы из магнитных полей планет-родителей лун, привели к распаду всех прежних колец.

Не все согласны с выводами исследования. Тискарено, который не принимал участия в исследовании, считает, что в долгосрочной перспективе кольца, скорее всего, были разрушены гравитационным притяжением самих родительских лун.

«Поскольку большинство лун Солнечной системы вращаются очень медленно (по мере движения по орбите они остаются обращенными к своей планете, как наша Луна к Земле), любые частицы кольца должны вращаться вокруг Луны гораздо быстрее, чем вращается сама Луна, — сказал он. Поэтому гравитационное воздействие родительских лун в течение длительного времени «заставит орбиты кольцевых частиц сходить на нет, пока они в конце концов не столкнутся с поверхностью Луны», — сказал он. Другими словами, если у нашей луны и были кольца, то они давно разбились о лунную поверхность.

Это противоречие поднимает множество вопросов о механизмах, управляющих динамикой кольцевых систем вокруг лун и понятии стабильности в космосе. Возможно, для наших луны и других спутников, существовавших в раннем Солнечной системе, колец было больше, чем мы можем себе представить. Исследования показывают, что в течение первых миллионов лет жизни Солнечной системы великое множество объектов сталкивались и взаимодействовали друг с другом, потенциально создавая условия для формирования колец. Однако со временем именно эти же взаимодействия могли привести к уничтожению тех самых колец.

Но если колец не осталось, что это может говорить о самой природе лун? Может быть, они изначально не предназначались для того, чтобы иметь кольца. Возможно, гравитация самих лун и их динамика не способствовали накоплению и стабильному существованию кольцевого материала. Иногда это приводит к мысль о том, что лунные кольца могут быть чем-то, что более свойственно планетам, имеющим более мощную гравитацию и другие влияния в своем окружении.

Согласно предположениям ученых, старение колец также может происходить из-за солнечного светопередачи и взаимодействия с космической средой, которая постепенно исчерпывает ресурсы, необходимые для их существования. Эти факторы могут не только разрушать существующие кольца, но и затруднять процесс их образования. Продолжая изучение, научное сообщество надеется лучше понять природу колец и их место в эволюции планетарных систем.

Интересно, что изучение аналогичных процессов на других планетах, как, например, на экзопланетах за пределами нашей Солнечной системы, может открыть новые горизонты для понимания кольцевых систем и их формирования. В конечном счете, исследование лунных колец и их исчезновения может привести к более глубокому осмыслению того, как формировалась Солнечная система и какие силы действуют в космосе, когда речь идет о создании и разрушении экзотических структур, подобных кольцам.

Подводя итог, остается лишь надеяться, что будущие космические миссии и наблюдения позволят нам раскрыть тайны лунных колец и более точно понять, что же произошло с ними за миллионы лет. Возможно, впереди у нас захватывающие открытия, которые повергнут в шок наше представление о спутниках и кольцах в Солнечной системе.