Владимир Сурдин - Солнечная система (Астрономия и астрофизика)

Раскрывается удивительная картина. Похоже, все три приведенные выше причины, решающие загадку колец, действуют! Но по порядку.

Представляется несомненным, что первичные кольца возникли на поздней стадии формирования Солнечной системы. В близкой к планете зоне приливные силы препятствовали возникновению спутников, и материя осталась собранной в тела размерами до десяти — максимум ста метров. Дальше гравитационное взаимодействие колец и спутников привело к структурированию колец и сообщило им динамическую устойчивость.

Столкновительный механизм, созидающий и разрушающий кольца, безусловно, также действует. Так, в системе Урана лишь внешнее плотное колечко ε находится вне аэродинамической опасности. Частицы остальных тонких колец должны были бы выпасть на планету из-за сопротивления протяженной атмосферы. Снимки с «Вояджера-2» показывают шлейф мелкой пыли от ε вниз. Таким образом, все внутренние кольца Урана — это просто зоны, где пыль задерживается на некоторое время, прежде чем выпасть на планету.

Кольцо Е Сатурна — также результат динамического равновесия потоков вещества, поступающего от недавно открытых ледяных фонтанов Энцелада и от метеоритных ударов по поверхностям спутников в этой области и постепенно выпадающего из системы. Вообще большинство колец, как и мы с вами, живет за счет постоянного обновления материи, из которой они состоят. Роль столкновительного механизма пока неясна лишь для главных, наиболее плотных и устойчивых колец из крупных частиц. Часть ученых считают, что главные кольца — реликтовые образования, содержащие частицы многомиллиардолетнего возраста. Другая часть склоняется к тому, что продленный спутниками период полураспада кольца менее миллиарда лет, и мы наблюдаем пылевые комплексы, частицы которых значительно моложе планет и спутников. Кольца Юпитера, Урана, Нептуна — относительно старые равновесные образования; кольцо Сатурна относительно молодо и теряет вещества больше, чем получает извне.

Для решения вопроса желательны и новые экспериментальные данные, и усилия теоретиков. Нужно рассчитать поведение комплекса на 5 млрд. лет. Это гораздо труднее, чем на относительно короткий срок, так как — на первый взгляд — пренебрежимо малые силы могут изменить поведение системы. Вот простой пример. За тысячу лет из-за эффектов теории относительности перигелий Меркурия смещается на 7′, т.е. всего на четверть видимого с Земли диаметра Луны. Но за миллиард лет перигелий совершит 332 лишних оборота вокруг Солнца! Будем надеяться, что в ближайшее время возраст колец будет надежно установлен.

Теперь ясна и ситуация с внутренними планетами. Меркурий и Венера лишены спутников и могли бы иметь лишь первичные кольца — механизм пополнения отсутствует. Но физические условия во внутренней области Солнечной системы гораздо менее благоприятны для выживания колец. Кольца из льда и инея (как у Сатурна) просто бы испарились. Силикатные или угольные частицы (как у Урана) вплоть до метровых размеров за миллиард лет упали бы на Венеру (на Меркурий гораздо раньше) под действием эффекта Пойнтинга-Робертсона.

Около Земли эффект Пойнтинга-Робертсона действует лишь в два раза слабее, чем у Венеры, и тоже должен разрушить гипотетическое первичное кольцо. Кроме того, сильным разрушителем в первый миллиард лет существования Земли была тяжелая Луна, находившаяся тогда в несколько раз ближе к Земле. Массивность Луны лишает нас и обновляющегося кольца. Как известно из опытов со сверхскоростными столкновениями, падение метеорита на поверхность небесного тела вызывает выброс огромных масс вещества: в 1000 и даже в 10000 раз больше массы ударника. В соответствии с законом сохранения энергии скорость вылетающих осколков раз в сто ниже. Поскольку вторая космическая скорость на поверхности Луны достаточно велика (2,4 км/с), то выброшенное вещество падает обратно на Луну и космос остается чистым. В действительности ситуация несколько сложнее. Осколки вылетают с разными скоростями, и ничтожная их часть все же попадает на геоцентрические орбиты. Поэтому плотность материи в околоземном пространстве чуть выше, чем в межпланетном. И на Земле в коллекциях метеоритов присутствует несколько десятков лунных осколков. Все же настоящего пылевого комплекса вокруг Земли быть не может, по крайней мере пока в Луну не врежется малая планета в десятки километров диаметром. Подобные события случаются раз в сотни миллионов лет, если не реже.