Многоплоскостные планетарные кольца

Сколько времени занимает этот процесс?

Мы не знаем. Как я говорил здесь ¹ , кольца Сатурна могли образоваться миллиарды лет назад или всего несколько сотен миллионов лет назад. Википедия и НАСА объясняют две разные стороны; другие ссылки в моем ответе также информативны ² . Мне нравится теория о 4 миллиардах лет, потому что в исходном протопланетном диске должно было быть много дополнительного материала (т. е. непланетного/кометного/астероидного/чего бы то ни было) материала, который нужно было куда-то девать. Но я ни в коем случае не эксперт. Кстати, то же самое касается и других кольцеобразных планет (Юпитера, Урана и Нептуна).

Могли ли эти спутники сохранять свои неэкваториальные орбиты и, если да, могли ли они влиять на планетарный детрит таким образом, чтобы образовывались кольца более чем в одном плоском пространстве?

Есть причина, по которой планеты (и, соответственно, их луны) находятся в одной плоскости. ³ Однако есть некоторые причины, по которым орбита не может находиться в одной плоскости . ⁴ Идея захваченной луны здесь наиболее вероятна.

Я не доверяю Reddit (не в обиду всем, кто его использует), когда дело доходит до науки, но несколько комментариев ниже были довольно интересными (выделено мной):

Das_Mime: Планеты выпячиваются на экваторе и, таким образом, будут оказывать приливную силу, которая преимущественно вытягивает объекты на орбиту вокруг экватора, нарушая неэкваториальные орбиты.

NW: Будет ли наша Луна в конечном итоге вытянута на орбиту вокруг экватора?

Das_Mime: Считается, что его орбита постепенно приближается к экватору в течение длительных периодов времени, но чем ближе он приближается к экватору, тем слабее эффект. Когда у тела есть несколько лун, между ними возникает взаимное гравитационное взаимодействие, которое может заставить луны двигаться по орбите в одной плоскости или же быть выброшенными, поскольку это единственная стабильная конфигурация . Луна Земли является одиноким спутником и вращается на несколько большем радиусе от Земли (хотя даже не близко к такой большой орбите, как у самых удаленных спутников Сатурна или Юпитера), и, кроме того, экваториальная выпуклость Земли весьма скромна, и поэтому эффект довольно слаб.

Поскольку Земля не является особенно сплюснутым сфероидом (разница между полярным радиусом и экваториальным радиусом составляет около 0,3 %), ее экваториальная выпуклость не оказывает очень сильного влияния на орбиту Луны. Однако приливное взаимодействие между Луной и выпуклостью Земли (а также между Солнцем и выпуклостью Земли) действительно вызывает прецессию точек равноденствия, изменение ориентации полярной оси Земли.

Сатурн, с другой стороны, имеет довольно сильное сжатие, около 10% разницы между полярным радиусом и экваториальным радиусом (это заметно даже глазу на изображениях планеты и поэтому оказывает гораздо более выраженное влияние на орбитальную ориентацию). Кроме того, если мы говорим конкретно о кольцах Сатурна, то они простираются не более чем на ~150 000 км от центра Сатурна (~60 000 км из которых занимает Сатурн), в то время как земная Луна вращается на расстоянии около 380 000 км от Центр Земли (Земля имеет радиус всего около 6300 км).

Другая возможность состоит в том, что кольца Горячих Юпитеров искривлены приливными силами их родительской звезды (см. значение для обнаружения в Tusnski & Valio (2011) ). Об этом также упоминалось в ответе JRover со ссылкой на Википедию и Schlichting & Chan (2011) .

¹ _{Бессовестная самореклама.}
² _{Больше беззастенчивой саморекламы.}
³ _{Чувак, я добавляю много пробок для астрономии.}
⁴ _{В конце концов я остановлюсь.}