Может ли увеличение массы кольцеобразной планеты вызвать мощную цепную реакцию?

Я думал об этом какое-то время. Вот исследование, которое я провел до сих пор, которое заставило меня задать этот вопрос:

  • Планетарная кольцевая система чаще всего образуется в результате распада объектов в пределах предела Роша планеты.
  • Объекты с более высокой массой оказывают большее воздействие на окружающий их материал (это просто обобщенное утверждение; я знаю, что это намного сложнее, чем это, включая массу обоих объектов, а также их расстояние и ряд других факторов)

Это заставляет меня задаться вопросом, возможно ли при определенных обстоятельствах, что добавление достаточной массы к планете с системой колец может вызвать массивную цепную реакцию. Этот процесс может включать следующие этапы:

  1. Серия крупных столкновений влияет на планету, что увеличивает ее массу.
  2. Ближайшие к планете объекты в самых внутренних слоях системы колец испытывают орбитальный распад , что в конечном итоге приводит к их падению на планету.
  3. Затем это добавляет еще больше массы планете, что заставляет этот образец повторяться до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие. (например, зазор, существующий в кольцах, где ближайшая часть системы колец остается стабильной, несмотря на добавленную массу, что предотвращает дальнейший орбитальный распад)

Может ли увеличение массы планеты, окруженной кольцом, вызвать массивную цепную реакцию?

У меня есть сомнения, возможно ли это:

  • Возможно, количество массы, добавленной к планете в результате коллапса части системы колец, недостаточно велико, чтобы вызвать цепную реакцию.
  • Возможно, система колец просто подошла бы немного ближе к планете, чтобы компенсировать добавленную массу.

Я предполагаю, что это возможно при правильных обстоятельствах. Возможно, самая внутренняя часть кольцевой системы находится прямо за пределами области, которая может демонстрировать достаточное атмосферное или электромагнитное сопротивление, чтобы вызвать орбитальный распад. И, возможно, система колец в основном состоит из плотного материала, такого как железо (а не камень и лед), который может добавить достаточно массы планете, чтобы позволить этому процессу повториться.

Ответы должны:

  • Скажите «да», «нет» или «возможно» и предоставьте подробные подтверждающие доказательства, ссылки или любую другую полезную информацию, относящуюся к вопросу.

Если да, то это возможно, это может потенциально помочь мне объяснить образование гигантской экваториальной трещины, как это исследуется в моем вопросе Как я могу объяснить гигантскую экваториальную трещину? . Однако этот вопрос следует рассматривать как самостоятельный и не связанный с ним вопрос.

Кольца — это хрупкие эфемерные структуры. В них не так много массы, и они не длятся так долго. Так что цепная реакция может быть или не быть, но массовой она точно не будет.
@AlexP Да, это может быть маловероятно, это может быть даже неслыханно, но мне просто интересно, возможно ли это при правильных условиях. В конце концов, наше ограниченное изучение и знание Вселенной уже говорит нам о том, что условия, формирующие жизнь, очень маловероятны, но это, очевидно, каким-то образом произошло, поэтому я не понимаю, почему этот сценарий отличается.
Значительное увеличение массы планет за счет бомбардировки вполне может нагреть атмосферу до такой степени, что внутренние кольца войдут в атмосферу, создавая еще больший нагрев.
Проводили ли вы какие-либо исследования массы кольцевых систем по отношению к планетам, вокруг которых они вращаются, или кольцевых систем в целом и того, как они формируются? Это было бы хорошим первым шагом.
@Slarty Хорошо, это звучит хорошо, любой способ, которым это можно объяснить, меня устроит. (это явно не должно быть вызвано орбитальным распадом, вызванным увеличением силы из-за гравитации)
@MorrisTheCat Да, у меня есть, и одно из этих двух исследовательских предложений включено в детали вопроса: система планетарных колец чаще всего формируется в результате распада объектов в пределах предела Роша планеты.
Как отметил AlexP, кольца крошечные по сравнению с планетой, поэтому описанной вами ситуации не произойдет. Кроме того, материал кольца по-прежнему оказывает гравитационное воздействие на орбите, так что это просто вопрос очень небольшого увеличения плотности системы.
@overlord-ReinstateMonica, насколько велики эти объекты относительно их планет? Я думаю, вы читали ссылку в Википедии о системах колец, но не (например) ту, что посвящена системе колец Сатурна, в которой отмечается, что общая масса самой большой системы колец, о которой мы знаем, составляет крошечную, крошечную долю массы планеты, а не в пределах нескольких порядков от того, что потребовалось бы для чего-то близкого к тому эффекту, который вы описываете.
Вы, люди, не в состоянии понять тот факт, что отсутствие понимания не всегда равнозначно отсутствию исследований.
Вы как будто говорите: «Он этого не понимает, поэтому и не читал».
@MorrisTheCat Это был бы совершенно правильный ответ. Это не совсем тривиальная тема, и тот факт, что ОП спрашивал об этом в первую очередь, предполагает, что найти этот ответ тоже не совсем тривиально.

Ответы (2)

Это интересный сценарий. Основная проблема заключается в том, что кольцевые системы, как правило, имеют довольно малую массу по сравнению с их родительскими телами. Например, измерения Кассини показывают, что в случае Сатурна отношение массы кольца к массе планеты равно М р / М п 2,7 × 10 8 ( Иесс и др., 2019 ). Даже в примечательном случае 1SWASP J1407b , система колец которого, возможно, близка к аккреционному диску, мы имеем М р / М п 6,6 × 10 6 . Должно быть совершенно ясно, что даже аккреция значительной части кольцевой системы существенно не изменит предел Роша планеты, который масштабируется как г М п 1 / 3 , как сказал Старфиш Прайм , другими словами, крайне слабо.

Вот характеристики системы, способной образовать кольцевую систему значительной массы:

  • Недостаток других планет для аккреции газа и пыли, что позволяет одной планете аккумулировать большую систему спутников.
  • Очень массивная планета-гигант с большим пределом Роша.
  • Молодая система, а это означает, что вокруг еще много материала для формирования спутников и колец — или массивного диска, подобного диску 1SWASP J1407b.
  • Отсутствие лун-пастухов, которые обеспечивали бы стабилизирующий эффект для колец даже в случае какого-то катастрофического каскада.
  • Возможно, спутник земного типа, способный разрушаться планетой из-за приливов.

Интересной побочной возможностью является система колец, стабилизированная как гравитацией, так и магнитным полем планеты, как я обсуждал в другом ответе . Режим устойчивости определяется параметром, называемым л * , пропорциональна угловой скорости планеты Ом п и обратно пропорциональна его массе М п . Следовательно, если бы крупный объект столкнулся с планетой, его масса увеличилась бы, а вращение уменьшилось бы (за счет сохранения углового момента). Это может сильно уменьшить л * , переводя его в режим, при котором кольца нестабильны - при условии, что отношение массы кольцевых частиц к заряду достаточно мало.


Кот Моррис делает отличное замечание о размере частиц - маленькие частицы не приведут к образованию кратеров и, скорее всего, сгорят в атмосфере при входе в атмосферу. Поскольку распределение частиц по кольцам сильно смещено в сторону более мелких частиц (я думаю, это что-то вроде н а 6 , где а радиус частицы), вы не увидите много больших кусков в кольцах. Это особенно актуально, если вам нужны куски с малым отношением массы к заряду, потому что большим скоплениям частиц труднее поддерживать значительные суммарные заряды, не разделяясь из-за сильных электрических сил.

Другой проблемой является индивидуальная масса частиц внутри кольцевой системы. Если цель состоит в том, чтобы образовать значительный ударный кратер на первичном элементе, вам не просто нужна большая масса в системе колец, состав колец должен быть необычно «коренастым» по сравнению даже с B-кольцом Сатурна. В противном случае у вас не будет столько ударных событий, сколько у вас будет очень скоростная песчаная буря.
@MorrisTheCat Да, это отличный момент.

Tl;DR: наверное, нет. Но это может даже не потребоваться для того, что вы хотите.


( Простое приближение твердого тела ) для предела Роша определяется как г "=" р М 2 р М р м 3 где р М - радиус первичной обмотки, а р М и р м - плотности основного и спутникового соответственно. Таким образом, при постоянной плотности предел Роша будет масштабироваться пропорционально радиусу первичной обмотки. Предполагая, что планета сферическая, радиус масштабируется пропорционально кубическому корню из объема. р М "=" 3 в 4 π 3 . При постоянной плотности объем увеличивается линейно по мере добавления массы, поэтому р М "=" 3 М М 4 π р М 3 и поэтому г "=" 3 М М 2 π р м 3 .

Это означает, что для того, чтобы удвоить предел Роша при той же плотности, вам нужно увеличить свою массу в 2 3 раза , что кажется очень большим.

Я подозреваю (хотя и не собираюсь доказывать ), что мало шансов иметь достаточно массивное внутреннее кольцо, чтобы его падение на планету внизу заметно ускорило распад любой другой части кольца... Там не должно быть достаточно массы, чтобы выполнить работу.

Вы могли бы добавить больше массы за счет столкновений с каким-либо другим массивным телом, но довольно сложно для тела, которое достаточно велико, чтобы быть интересным , оставить большую часть своей массы на планете, вместо того, чтобы распылить ее в космос (вспомните удар Тейи , который, вероятно, подарил нам луну). Есть множество других проблем, например, откуда взялось донорское тело (или тела)? На позднем этапе эволюции планетарной системы не должно летать слишком много массы, если только с внешней системой не произошло что-то определенно апокалиптическое (что-то вроде Немезиды) .событие, наверное). Даже если вы сможете найти достаточную массу, его воздействие, вероятно, будет довольно драматичным с довольно длительными эффектами, из-за чего неясно, в конечном итоге вы получите красивые экваториальные кратеры, которые вам нужны.

Интересно, хотя... Я думаю, что вы, возможно, слишком усложняете это. Конечно, естественного орбитального распада кольца из-за приливных сил должно быть достаточно, чтобы создать кратер, который вам нужен? У него не должно быть никаких других странных и сложных триггеров; эти кольца все равно не будут длиться вечно.

Что ж, основная проблема сценария, который вы предлагаете, заключается в том, что системы колец в первую очередь являются атрибутом массивных газовых гигантов, поэтому никаких кратеров. Есть некоторые скалистые/ледяные кентавры, у которых есть система колец, но предполагается, что эти кольца являются результатом массивного приливного разрушения самого кентавра. Вы можете просто решить математическую задачу и вычислить, сколько кратеров умножить на размер импактора, который вам нужен для каждого кратера, чтобы получить необходимую массу. Я подозреваю, что он будет довольно большим.
@MorrisTheCat сценарий был предложен ОП, а не мной. Кроме того, долгоживущие системы колец — это то, что мы можем видеть на газовых гигантах, но нет очевидной причины, по которой тело, вращающееся вокруг каменистого мира, не могло бы распасться (есть предположение, что это произошло с Венерой ) .
Ооо, интересно. Я имею в виду, что в этот момент я думаю, что термин «система колец» становится немного странным, поскольку на самом деле это всего лишь одна фаза быстрого перехода от «Спутника» к «Полю обломков».
@MorrisTheCat да, возможно, я немного преувеличиваю определение ;-)