У карликовой планеты неожиданно обнаружили кольцо

В Солнечной системе далеко не один Сатурн может похвастаться собственной системой колец. Они найдены и у ледяного гиганта Нептуна, и у карликовой планеты Хаумеа, и даже у некоторых астероидов. Эти данные позволили неплохо понять, почему кольца возникают, как эволюционируют и распадаются. Однако новая находка, кажется, заставляет задуматься, насколько корректны наши представления об этих процессах. Ведь, согласно им, системы колец с такими характеристиками быть не должно. Отчет о ней представлен в статье Бруно Моргадо (Bruno Morgado) и его коллег, опубликованной в журнале Nature.

Открытие сделали с помощью европейского космического телескопа Cheops, предназначенного для поиска экзопланет. На протяжении 2018-2021 годов в перерывах от своей основной задачи аппарат провел несколько наблюдений объекта, расположенного на периферии Солнечной системы. Это карликовая планета (50000) Квавар, обнаруженная только пару десятков лет назад. Орбита Квавара проходит в 44 раза дальше от Солнца, чем у Земли, — далеко за орбитой Нептуна, в поясе Койпера. Его радиус оценивают в 555 километров. У него известен и крошечный 80-километровый спутник Вейвот.

Изучать такую небольшую систему на столь большом расстоянии нелегко. Поэтому авторы исследования вычисляли периоды покрытия — затмения далеких звезд при прохождении Квавара между ними и телескопом — и проводили наблюдения именно в эти моменты. Выяснилось, что незадолго до такого покрытия и вскоре после него регистрируются более слабые затемнения. Ученые заключили, что у Квавара есть кольцо, расположенное между ним и Вейвотом, в той же плоскости, по которой проходит орбита спутника, на высоте около 4100 километров. И вот тут возникли проблемы.

Дело в том, что 4100 километров — это около 7,4 радиуса самой карликовой планеты. Значит, кольцо находится за пределом Роша, который ограничивает минимальную высоту орбит вращающихся вместе небесных тел. На этой высоте гравитационные силы, удерживающие спутник в целости, примерно равны приливным силам, которые деформируют его и норовят разорвать на куски. Если орбита проходит выше предела Роша, спутник может спокойно существовать, если ниже — разрушается, образуя кольцо.

Но кольцо Квавара находится за этой границей. Возможно, именно сейчас вещество кольца собирается в спутник. Тогда наблюдение стало невероятной удачей, поскольку такой процесс занимает совсем немного времени. Как показали расчеты, в случае Квавара — это буквально десятки лет. В противном случае, по словам ученых, «необходимо пересмотреть представления о пределе Роша».

Вероятно, стоит уточнить процесс взаимодействия частиц, которые складывают кольцо или спутник. Если их соударения более эластичны, чем принято думать (например, из-за экстремально низких температур), то это может затруднять формирование спутника даже на высотах больше предела Роша. Другой вариант, озвученный Моргадо и его соавторами, предполагает, что приливные силы, возникающие при движении частиц в гравитационном поле Квавара, сильнее, нежели предсказывает грубый расчет. Такое вполне возможно, если форма карликовой планеты далека от сферической и ее вращение вокруг своей оси создает регулярные возмущения гравитационного поля.