Возможное формирование диска космического мусора

Я слышал, что в конце концов весь космический мусор на орбите вокруг Земли сформирует диск, очень похожий на кольца Сатурна. Если это правда, то почему? Я ожидаю, что этот космический мусор просто сформирует сферическую оболочку на орбите Земли из-за взаимного гравитационного притяжения между отдельными кусками космического мусора, вызывающего его распространение.

Буду признателен за любую оказанную помощь.

По сути, это дубликат Почему все наши планеты в Солнечной системе находятся на одном диске/плоскости/слое? . Как говорит ответ Уоррика на этот вопрос, столкновения между орбитальными объектами приводят к тому, что все постепенно схлопывается в единую плоскость. Бесстолкновительный материал, например темная материя, этого не делает, поэтому он остается диффузной сферой.
У Земли и других планет-гигантов нет колец, поэтому должна быть какая-то причина, по которой они не образуются или не существуют долго.
@KeithMcClary: оптимальное расстояние для образования диска на каменистой планете, вероятно, слишком мало и находится далеко внутри следов атмосферы. Таким образом, через несколько тысяч/миллионов лет обломки сформируют диск, его орбита распадется и упадет на планету.
Физика планетарных колец , стр. 95, обсуждает формирование и размер колец.

Ответы (1)

Две вещи.

Во-первых, я считаю, что космический мусор имеет суммарный угловой момент вокруг оси вращения Земли. Это потому, что он запускается с угловым моментом от поверхности Земли и обычно в направлении вращения.

Во-вторых, отдельные частицы космического мусора способны к неупругим столкновениям, в результате которых теряется кинетическая энергия, но не угловой момент.

Если все это верно, то в конце концов система примет некоторую конфигурацию с минимальной кинетической энергией для данного углового момента, которая будет иметь форму диска. Однако большая часть космического мусора уже находится на низкой околоземной орбите. Если он потеряет кинетическую энергию, то снова войдет в атмосферу Земли и сгорит.

Я не знаю, в каких временных масштабах это может произойти — столкновения между кусками мусора довольно редки — но одна опасность заключается в том, что несколько крупных столкновений могут вызвать каскад столкновений; Считается, что примерно такой же процесс (среди планетезималей) приводит к образованию пылевых дисков вокруг некоторых звезд. Как указывает @rob, если временные рамки для неупругих столкновений слишком велики, то взаимодействие с расширенной атмосферой Земли утянет космический мусор, прежде чем он сможет сформировать диск.

При рассмотрении временных масштабов помните, что большинство низких околоземных орбит имеют существенное взаимодействие с атмосферой в течение лет или десятилетий. Будет ли достаточно неупругих взаимодействий, чтобы образовать диск до того, как вещество, находящееся на малой высоте, снова войдет в атмосферу, — это численный вопрос.
@роб действительно. Утверждение, что «весь космический мусор... образует диск», безусловно, неверно.
Применительно к протозвезде, будет ли протопланетный диск формироваться вокруг экватора звезды, потому что он имеет наибольшую угловую скорость и угловой момент (из-за дифференциального вращения) вокруг экватора?
@KFerreira Диск формируется экваториально, потому что это плоскость, перпендикулярная вектору чистого углового момента. Это не имеет ничего общего с дифференциальным вращением.