Почему кольца Сатурна такие тонкие?

Взгляните на эту картинку (из APOD https://apod.nasa.gov/apod/ap110308.html ):Кольца Сатурна на Астрономической картинке дня

Я предполагаю, что камни внутри колец разбивают друг друга. Под картинкой есть примечание, в котором говорится, что кольца Сатурна имеют толщину около 1 км.
Это объяснимое явление?

Ответы (3)

Кажется, этому есть известное объяснение. Я цитирую книгу «Состав, структура, динамика и эволюция колец Сатурна» Ларри У. Эспозито (Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2010.38:383-410):

[] Высокая частота столкновений объясняет, почему каждое кольцо представляет собой почти плоский диск. Начиная с набора орбит частиц на эксцентричных и взаимно наклоненных орбитах (например, осколки небольшой разбитой луны), столкновения между частицами рассеивают энергию, но также должны сохранять общий угловой момент ансамбля. Таким образом, относительная скорость затухает, и диск сплющивается уже после нескольких столкновений, превращаясь в набор почти компланарных круговых орбит.

Я думаю, ключ в том, что частицы в толстом кольце не двигались бы в параллельных плоскостях, а двигались бы по наклонным траекториям, все время сталкиваясь и очень быстро теряя свою энергию.

Столь существенным моментом, на мой взгляд, является то, что речь идет о начальных условиях. Картинка, которую Вы указываете, начинается с "фрагментов маленькой разбитой луны" и то же самое для комментария anna v выше. Я хотел бы подождать, если здесь появится несколько ответов, но я готов принять Ваш ответ здесь.
При неупругих столкновениях между частицами кольца сохраняется угловой момент, но теряется кинетическая энергия. Таким образом, конечная ось вращения колец задается их начальным угловым моментом, но именно динамическая эволюция колец делает их плоскими и тонкими.
Я бы добавил, что следует также учитывать приливы: постепенное увеличение углового момента колец из-за приливов, которые кольца вызывают на Сатурне. Это не только столкновения, потому что орбиты будут расширяться по-разному, в зависимости от массы мусора, способствуя истончению.

Если бы можно было предположить, что кольцо представляет собой непрерывное распределение массы, мы могли бы попытаться минимизировать полную энергию системы (собственная энергия + энергия взаимодействия с Сатурном). Эти два условия вместе с условием, что общая масса диска постоянна, оставляют нам (я думаю) уникальную геометрию (внутренний и внешний радиус, толщину).

РЕДАКТИРОВАТЬ: Некоторый поиск в Google дал эту статью: http://dx.doi.org/10.1016/0019-1035(79)90084-8

Это умная идея, но слишком простая и расплывчатая. Я хотел бы знать, почему внутренняя структура колец, а именно рассеяние, не разрушают его толщину, и непрерывная модель здесь, вероятно, неверна. Обратите также внимание на то, что здесь неясно, является ли здесь единственной возможной связью энергия: есть угловой момент, возможная энтропия, возможно, возмущения от других спутников Сатурна и т. д. Например, рассмотрим Землю и ее искусственные спутники - они не образуют «кольца» в естественным путем, так что, наверное, идея о том, что минерализации энергии достаточно, слишком проста - у вас есть хотя бы правильные начальные условия.
@kakaz Я согласен, но как узнать, какому параметру следует придать большее значение?
@mnnttl - например, с помощью численных экспериментов. Вы не можете объяснить что-то, просто предполагая другие вещи. Должны быть доказательства для определенного предположения - энергия обычно является очень общим понятием, и поэтому она работает, но ее обычно недостаточно, чтобы обеспечить правильную модель - см., например, термодинамику.

Кольца образовались там, где они есть, потому что там большая гравитация. Причина в форме газового гиганта. Он далеко не круглый. Он шире на экваторе. Центростремительная сила вызывает более толстый экватор. Следовательно, поскольку толщина на экваторе намного больше, гравитация на экваторе больше, чем на полюсах. В этот момент больше массы тянет вас вниз. Частицы колец падают в гравитационный колодец.

Это объяснение самоочевидно, потому что, как видно из фотографии выше, кольца невероятно тонкие и идеально выровнены по экватору.

Сравните, почему луна показывает нам только одно лицо. Он должен иметь большую массу с одной стороны. Это как корабль, плывущий по океану. У корабля больше массы в корпусе, чем гравитация тянет в воду.

На газовых гигантах за определенное время каждый астероид проложил себе путь к экватору. Я бы представил себя астероидом, потребовалось бы очень много времени, может быть, тысячи лет и столкновений, чтобы достичь такого тонкого присутствия. При этом очень красиво!

Некоторые цифры в поддержку этого аргумента были бы полезны.
интуиция как-то верна - ступени не могут образоваться, скажем, вокруг 2/3 планеты, они должны быть на экваторе. Так что спасибо, что указали на это. Но это не значит, что они должны быть такими толстыми на самом деле. Это может выглядеть невинно, но объяснение, на мой взгляд, требует подхода статистической физики.
Почему кольца Сатурна такие тонкие?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v