Wenn die Erde Ringe hätte?

Tolle Frage.

Wenn die Erde Ringe hätte und sie so lange dort gewesen wären wie der Mond, würden sie höchstwahrscheinlich parallel zum Erdäquator verlaufen und am Himmel von Ost nach West sichtbar sein.

Wie also würde die Erde einen Ring bekommen? Unser Mond bewegt sich in Wirklichkeit langsam von der Erde weg, aber wenn er sich stattdessen nach innen bewegen würde, würde er schließlich aufgrund unterschiedlicher Gravitationskräfte zwischen der uns am nächsten liegenden Seite und der 3000 km entfernten gegenüberliegenden Seite auseinanderbrechen. Offensichtlich wird ein großer Teil des Mondes die Erde bombardieren, aber diese Antwort geht davon aus, dass wir überleben.

Typischerweise gilt die Roche -Grenze für den Zerfall eines Satelliten aufgrund von Gezeitenkräften, die von seinem Primärkörper, dem Körper, um den er kreist, induziert werden. Teile des Satelliten, die näher an der Primärseite liegen, werden durch die Schwerkraft stärker von der Primärseite angezogen als weiter entfernte Teile; Diese Disparität zieht effektiv die nahen und fernen Teile des Satelliten auseinander, und wenn die Disparität (kombiniert mit Zentrifugaleffekten aufgrund der Drehung des Objekts) größer ist als die Schwerkraft, die den Satelliten zusammenhält, kann sie den Satelliten ziehen ein Teil.

Blick auf den Ring von Washington.

Da innerhalb der Roche-Grenze die Gezeitenkräfte die Gravitationskräfte überwältigen, die den Satelliten sonst zusammenhalten könnten, kann kein Satellit innerhalb dieser Grenze aus kleineren Partikeln gravitativ zusammenwachsen. Tatsächlich befinden sich fast alle bekannten Planetenringe innerhalb ihrer Roche-Grenze, Saturns E-Ring und Phoebe-Ring sind bemerkenswerte Ausnahmen. Sie könnten entweder Überreste der protoplanetaren Akkretionsscheibe des Planeten sein, die sich nicht zu kleinen Monden verschmolzen hat, oder umgekehrt entstanden sein, als ein Mond seine Roche-Grenze passierte und auseinanderbrach.

Die Roche-Grenze kann als erdförmige imaginäre "Grenze" angesehen werden, die für starre Körper im Durchschnitt 9.492 km vom Erdmittelpunkt entfernt ist, was dem 1,49-fachen Erdradius entspricht. Um den Äquator "bewegt" es sich also ein wenig nach außen. Es folgt der abgeflachten Sphäroidform der Erde. 

Die Erde könnte kurz nach ihrer Entstehung einen Ring gehabt haben. Die Sicht auf diesen Ring von der Erde aus würde variieren. Es würde alles von Ihrem Breitengrad abhängen und in welche Richtung Sie schauen. In der Nähe des Äquators wäre der Ring wie dünne Lichtscheiben, die aus fernen Erdhorizonten hervorbrechen und sich in den Himmel erstrecken, so weit das Auge reicht.

Danke an Emilio Pisanty für den korrekten Hinweis, dass die Darstellung der Ringe aus mittleren und hohen Breiten nicht ganz korrekt ist. Die Ebene des Bodens ist nicht orthogonal zur Ebene der Ringe, daher würden sie in einem Winkel erscheinen. Ich kann nur um etwas persönlichen Spielraum bei der Darstellung dieses „Was wäre wenn“-Szenarios bitten.

Die Bilder gehen davon aus, dass der Ring um die Erde im gleichen Verhältnis stehen würde wie der Ring um den Saturn zu diesem Planeten.

Blick auf den Ring vom Äquator.

Warum bildet sich der Ring um den Äquator im Gegensatz zu einer anderen Achse ? Es liegt an der Wirkung des Zentralkraftgesetzes , dem gleichen grundlegenden Grund, warum sich die Planeten in einer Ebene um die Sonne befinden. Die Sonne ist kugelförmig, so dass Objekte wie Pluto mit 8 Grad aus der Reihe „entkommen“ können. Wenn die Erde und der Saturn perfekte Kugeln wären, dann könnte die Achse des Rings jeden Winkel haben. Da beide Planeten abgeflachte Sphäroide mit einer Gezeitenwölbung sind, würden sich im Laufe der Zeit die Partikel, aus denen der Ring besteht, dort ansammeln. Die Ringe des Saturn haben eine geschätzte lokale Dicke von nur 10 Metern und bis zu 1 Kilometer, sie sind also extrem „dünn“.  

Ansicht von Ringen aus den mittleren Breiten.

Blick auf die Ringe bei 23° südlicher Breite Ein 180°-Panorama gibt eine Vorstellung davon, was für ein großartiger Anblick die Ringe sein würden. Die Erde selbst wirft den Schatten.

Bildquelle: Wenn die Erde einen Ring wie Saturn hätte

Ja, die Ringe würden letztendlich über dem Äquator schweben (wie durch die Rotation eines Planeten definiert). Der Mechanismus, der zu diesem stabilen Zustand führt, ist die Gravitationsasymmetrie, die aus der äquatorialen Wölbung eines Planeten entsteht. Vorübergehende nicht-äquatoriale Umlaufbahnen sind jedoch natürlich möglich (wie sie es bei gestarteten künstlichen Satelliten sind).

Dieser Frage ist die NASA bei der Erforschung der Kessler-Katastrophe simulativ nachgegangen, wobei sich endlos aufeinanderprallende Weltraumschrottstücke immer feiner pulverisieren. Es wird festgestellt, dass sich der Endpunktstaub um den Äquator ansammelt.

Seit den Zeiten von Isaac Newton, Joseph-Louis Lagrange, Pierre Simon Laplace, Carl Friedrich Gauß und anderen großen Mathematikern der Renaissancezeit herrscht in der wissenschaftlichen Gemeinschaft der Glaube, dass die Erde in der Lage ist, ein stabiles Ringsystem zu bewahren Jahrmillionen umkreisen.

In einem Artikel, der 1980 vom ehemaligen NASA-Astronomen Dr. John A. O'Keefe in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, stellte er die Hypothese auf, dass die Erde einst einen Saturn-ähnlichen Ring hatte, der viele der Ereignisse während vergangener Erdzeitalter erklären könnte. (Dr. O'Keefe ist bekannt für die Entdeckung der leichten Birnenform der Erde in den 1950er Jahren).

Ein dänischer Astronom erklärte in Science Frontiers (Ausgabe Nr. 76, Juli-Aug. 1991), dass "in der Vergangenheit die Erde ein Ringsystem hatte, genau wie Saturn, Uranus und Neptun." Er ging so weit zu sagen, dass unser Planet in der Vergangenheit bei 16 verschiedenen Gelegenheiten mit Ringen prahlte.

Erst im September 2002 veröffentlichten die Sandia National Laboratories einen Artikel von zwei Forschern der University of New Mexico, die erneut die Vorstellung von früheren Erdringen bekräftigten. In dieser Studie nahmen die Autoren an, dass die Existenz eines dünnen Systems von Ringen – vielleicht von ähnlicher Opazität wie Saturns B-Ring – frühere klimatische Veränderungen auf der Erde verursacht haben könnte. Sie alle stimmen darin überein, dass, wenn sich ein Ring nicht auflöst oder ausfällt, bevor er ins Zentrum geht, sie in diesem Zentrum landen.

Alle Ringe, die die Erde erreicht, werden höchstwahrscheinlich nicht so gut sein wie die von Saturn. Es wird höchstwahrscheinlich weniger „spektakulär“ sein als das von Saturn. Das heißt aber nicht, dass es nicht cool wird. Ein weiterer wesentlicher Unterschied zwischen den Ringen der Erde und den Ringen des Saturn ist die Zusammensetzung. Die Zusammensetzung der Erdringe wird steiniger sein. Für Saturn ist es hauptsächlich Eis mit einigen Steinen, die hier und da bestreut sind. Alle Erdringe aus Eis (auch alle anderen Planeten im Inneren des Sonnensystems) werden durch die ultraviolette Strahlung der Sonne verdampft. Dann werden seine Sonnenwinde das verdampfte Eis in das Vakuum des Weltraums selbst schicken. Die Ringe würden sich wie auf Saturn zentrieren, weil die Ringe gerne auf derselben Ebene wie der Planet selbst liegen. Wenn nicht, wird die Erdrotation verwendet, um die Ringe in Position zu bringen. Dies könnte die Rotation der Erde verlangsamen oder beschleunigen, da sie den eigenen Drehimpuls der Erde nutzt, um wieder in Position zu kommen. Selbst der felsige Teil der Erdringe würde nach einigen Millionen Jahren auf die Erde fallen oder von ihrer Anziehungskraft wegfliegen.