Czy pierścienie planetarne mogą być prostopadłe (lub prawie prostopadłe) do orbity planety wokół gwiazdy macierzystej?

Question

Czy pierścienie planetarne mogą być prostopadłe (lub prawie prostopadłe) do orbity planety wokół gwiazdy macierzystej?

Answer 1

Tak, płaszczyzna pierścieni Urana znajduje się około 98 stopni w stosunku do płaszczyzny jego orbity wokół Słońca.

Oznacza to, że system pierścieni wygląda tak, jak na twoim zdjęciu dwa razy na orbitę. Gdy planeta krąży wokół Słońca, pierścienie, mimo że są nadal nachylone pod kątem 98 stopni do płaszczyzny orbity, stopniowo stają się „zwrócone twarzą do Słońca”, patrząc od strony Słońca. Nastąpi to około ćwierć okresu orbity po konfiguracji przedstawionej na rysunku. Następnie, kolejna ćwierć okresu orbitalnego później, Uran znajdzie się po drugiej stronie Słońca, ale jego pierścienie będą nachylone, jak pokazano.

Answer 2

Dla pewności zamieściłem kilka animacji :) Miejmy nadzieję, że obraz nie jest skalowany.

To jest możliwe:

i faktycznie nie jest daleko od tego, co robi Uran.

Powyższa animacja została wykonana przy użyciu programu Mathematica. Kamera znajduje się nad płaszczyzną orbity planety, ale nie bezpośrednio nad gwiazdą. Pierścienie są prostopadłe do płaszczyzny orbity. Ponieważ aparat nie jest wyśrodkowany, widzimy trochę boków pierścieni. Ponieważ kamera znajduje się w skończonej odległości, kąt między płaszczyzną pierścieni a linią widzenia kamery zmienia się wzdłuż orbity.

Z drugiej strony animacja pokazana poniżej jest fizycznie niemożliwa. Zakazuje tego zachowanie momentu pędu:

Pierścień znajduje się w płaszczyźnie orbit cząstek, z których składa się pierścień i (kierunek normalnej) płaszczyzna ta nie zmienia się podczas orbity planety. Początkowo myślałem, że pierścień automatycznie znajdzie się w płaszczyźnie równika planety. Tak jest w przypadku głównych pierścieni Saturna i Urana. Jednak, jak wyjaśniono tutaj , nie ma prawa fizyki, które by to uczyniło. Nawet Saturn ma cienki, słaby pierścień w innej orientacji.

Moje ograniczone rozumienie jest takie, że pochodzenie pierścienia odgrywa pewną rolę. Jeśli pierścień składa się z pozostałości po byłym satelicie, będzie podążał za dowolną orbitą, jaką miał ten satelita. Z drugiej strony, jeśli pierścień powstał razem z układem planetarnym lub nawet wyrzucony z formującej się planety, to wydaje się naturalne, że pierścień powinien znajdować się dokładnie na płaszczyźnie równikowej.

Potrzebujemy astronoma, który poda więcej szczegółów. Po zerknięciu na Wikipedię podejrzewam, że pierścień na płaszczyźnie równikowej może być bardziej stabilny. W szczególności, jeśli / kiedy "księżyce pasterskie" muszą być obecne, aby utrzymać pierścień w stanie nienaruszonym. Oczywiście satelity zwykle znajdują się w pobliżu równikowej płaszczyzny planety-matki. Może grawitacja pozostałych satelitów zakłóciłaby bardziej pierścień w innej orientacji, co oznacza, że ​​nie będzie trwał długo?