Massengrenze des Planetenrings

Ein paar Punkte dazu. Obwohl schwache Ringe außerhalb der Roche-Grenze existieren können (wie Saturns G- und E-Ringe) - das Foto ist zu groß, um es zu verlinken, aber klicken Sie hier . Ringe mit nennenswerter Masse befinden sich nur innerhalb der Roche-Grenze, sodass die praktische Grenze der Masse eines Planetenrings ungefähr die Masse des größten Mondes ist, den ein Planet wahrscheinlich haben wird, grob gesagt.

Ein Ring um einen Planeten kann sich auf verschiedene Weise bilden, durch einen riesigen Einschlag, durch einen Mond, der innerhalb der Roche-Grenze vorbeizieht und auseinanderbricht, oder durch Akkretion, so wie Enceladus Saturns schwachen E-Ring speist.

Außerdem müssen Ringe nicht besonders massiv sein, um beeindruckend zu sein. Die hier geschätzte Masse der Saturnringe (und es gibt eine gewisse Unsicherheit bei dieser Schätzung, aber nah genug für unsere Zwecke)

Basierend auf Voyager-Beobachtungen wurde die Gesamtmasse der Ringe auf etwa 3 x 10^19 kg geschätzt. Das ist ein kleiner Bruchteil der Gesamtmasse des Saturn (etwa 50 ppb) und nur etwas weniger als der Mond Mimas

Die Masse der Saturnringe ist also die Masse eines ziemlich kleinen Mondes mit einem Radius von etwas weniger als 200 km, aber das war nicht Ihre Frage, also machen Sie weiter.

Ein Planet mit Ringen , die 200-mal so groß sind wie der Saturn (40.000-mal die Oberfläche), wurde beobachtet, und wenn wir dieselbe Dichte wie die Ringe des Saturn annehmen (was eine sehr schlechte Annahme ist, aber dies ist nur eine Annäherung), 1,2 x 10 ^24, oder etwa die doppelte Masse des Mars. Jetzt kommen wir irgendwohin, aber es gibt ein paar Punkte zu unserem Freund J1407B

Erstens ist es möglicherweise überhaupt kein Planet. Seine Masse wird auf 10-40 Jupiter geschätzt, was darauf hindeutet, dass er zur Kategorie der Braunen Zwerge gehört. Zweitens ist es ein junges Sonnensystem, nur 16 Millionen Jahre alt, sodass das Ringsystem möglicherweise noch dabei ist, ein Mondsystem zu bilden, und überhaupt kein dauerhafter Ring ist. Quelle . Im selben Artikel wird auch erwähnt, dass Teile des Ringsystems 95% des Sonnenlichts blockieren, also ist es ein weitaus dichteres System als Saturn, und es gibt einen Mond darin, von dem angenommen wird, dass er die 0,8-fache Masse der Erde hat, aber ich tue es immer noch nicht. Ich denke nicht, dass das zählen sollte, da es sich um eine Akkretionsscheibe handeln könnte, die von der Entstehung dieses Sonnensystems übrig geblieben ist.

Wenn wir die Planetenmassengrenze auf etwa 13 Jupitermassen setzen, was ungefähr der Grenze zwischen schwerem Jupiter und braunem Zwerg entspricht, und wir einige Schätzungen der Größe von Monden zu Planeten während der Entstehung nehmen, ist es unwahrscheinlich, dass Monde sein können mehr als vielleicht ein Verhältnis von eins zu mehreren Hundert, aufgrund von Einschränkungen des Drehimpulses und der wahrscheinlichen Größe der Formation. In unserem Sonnensystem beträgt das größte Verhältnis von Mond zu Planet, ohne Berücksichtigung von Einschlägen oder Einfängen von Riesen, etwa 1 zu 4.200 (Saturn zu Titan). Jupiter zu Ganymed ist 1 zu etwa 12.800 und Tritan zu Neptun (und Tritan kann ein eingefangener Mond sein) etwa 1 zu 4.800. Wenn wir einen schweren Jupiter mit etwa 13 Jupitermassen und einen Mond in einer zerfallenden Umlaufbahn annehmen, die mit einem Massenverhältnis von 1 zu 400 aufbricht - und das ist natürlich sehr grob, dann funktioniert diese theoretische schätzung zu einer praktischen grenze um einen schweren jupiter herum, um ein mondsystem mit ungefähr 10 erdmassen zu haben. (1/400 der Masse eines Planeten mit 13 Jupitermassen).

Nun, es gibt kreative Möglichkeiten, es zu erhöhen, wie zum Beispiel, sagen wir, es gibt zwei Monde, vielleicht in trojanischen Punkten zueinander, und beide drehen sich allmählich hinein. Oder, sagen wir, ein vorbeifliegendes Objekt mit größerer Masse fliegt vorbei, aber das Problem mit einem vorbeifliegenden Objekt ist, dass ein solches Objekt aufgrund der Fluchtgeschwindigkeitsgeschwindigkeit, wenn es innerhalb der Roche-Grenze passiert, eine stark elliptische Umlaufbahn hätte, die würde sich nicht für ein Ringsystem eignen, da der Impuls der elliptischen Umlaufbahn nur durch die Roche-Kugel hindurchgehen und nicht in ihr bleiben würde. Was Sie brauchen, damit sich ein Ringsystem von guter Größe bildet, ist eine langsam abfallende kreisförmige Umlaufbahn, nicht die kürzliche Erfassung eines großen vorbeifliegenden Objekts.

Siehe Shoemaker Levy 9, die passierte, aber schnell wieder außerhalb von Jupiters Roche-Grenze ging.

Wenn wir uns nun ein Szenario eines Doppelplaneten vorstellen, was wahrscheinlich ein seltenes Szenario, aber nicht unmöglich ist, und im Laufe der Zeit aufgrund von Nähe und Gezeitenkräften bilden die beiden Planeten eine zerfallende kreisförmige Umlaufbahn umeinander, in dieser Theorie, sagen wir wir haben zwei schwere Jupiter, die sich gegenseitig umkreisen, einer mit 12 Jupitermassen und der andere mit 6 Jupitermassen (rein theoretisch), und der Planet mit 6 Jupitermassen beginnt sich aufzulösen, wenn er in die Roche-Grenze der 12 Jupitermasse eintritt. Es gibt zwei Probleme mit der Annahme, dass Sie einen Ring mit der halben Masse des Planeten erhalten würden. Eine davon ist, dass Wasserstoff- und Heliumgas wahrscheinlich mindestens 80 % der Masse des auseinanderbrechenden Planeten ausmachen, vielleicht 90 %, und Wasserstoff und Helium binden sich nicht leicht an Eispartikel, so dass im Laufe der Zeit ein Großteil dieses Gases wahrscheinlich wird vom Sonnenwind weggeblasen werden. Du' Zurück bleibt eine felsige und eisige Masse von ziemlich weniger als 6 Jupitermassen, wahrscheinlich weniger als 1. Das andere Problem, bei einem so großen umlaufenden Objekt, bricht es nicht sofort auseinander, aber sein dichterer Kern bleibt zusammen und spiralförmig näher an den Planeten heran, während die leichteren Eise um die Oberfläche, die beginnen, den Ring zu bilden, abgeschleudert und entweder in den Planeten oder außerhalb der Roche-Grenze geschleudert werden können, wenn sich der dichtere Kern des kleineren der beiden Planeten bewegt Wenn er sich langsam näherte, würde ein Staubsaugereffekt verheerenden Schaden an genau demselben Ring anrichten, den dieser Planet bildete. Bei kleineren Monden ist dieser Effekt um den Saturn herum zu sehen, da winzige Monde winzige Unterbrechungen in den Ringen des Saturns erzeugen. Mit einem viel massiveren Kern des Planeten, der einen Mond formte, würde es ein orbitales Chaos geben, und es würde ' Es ist kein gutes Szenario, einen Ring zu bilden, selbst mit all dem verfügbaren Ringmaterial. Sie würden wahrscheinlich immer noch mit einem Ring enden, aber ich denke, nur ein kleiner Prozentsatz der Masse des ursprünglichen kleineren Planeten würde den Prozess überleben.

Ein ähnliches Problem tritt bei Rieseneinschlägen auf. Wenn der Aufprall zu groß ist, bricht der Planet auseinander. Wenn es nicht ganz so groß ist, wie der riesige Aufprall auf der Erde vor 4,4 Milliarden Jahren angenommen wurde, dann werden Trümmer außerhalb der Roche-Grenze geweht und bilden einen Mond, in unserem Fall 1/81 der Masse der Erde, allerdings bei Die Zeit war vielleicht etwas länger, vielleicht 1/72-74 oder so, und es gab wahrscheinlich zwei Monde, nicht einen, aber ich schweife ab. Der Punkt ist, damit Trümmer vom Planeten weggeblasen werden, aber innerhalb der Roche-Grenze bleiben, damit sie einen Ring und keinen Mond bilden, brauchen Sie einen kleineren Einschlag als den, der unseren Mond geformt hat, und ein kleinerer Einschlag impliziert weniger Trümmer, also mit Felsenwelten, was bedeutet das, 1/100? 1/200? Irgendwo da drin.

Es gibt also praktische Grenzen für die Größe eines Ringsystems, die Sie wahrscheinlich sehen werden (wenn wir Informationen zu jungen Sonnensystemen wie J1407b ignorieren. Es ist eine sehr grobe Vermutung, aber ich denke, die praktische Grenze für einen Ring Das System ist wahrscheinlich ziemlich klein im Vergleich zur Masse des Planeten, wie ein Verhältnis von 1 zu 200 oder so, was bei einem Planeten mit der Masse von 13 Jupitern immer noch ziemlich viel Masse ist. Wenn wir 1 zu 200 verwenden Verhältnis und 13 Jupiter, das ist die Masse von 20 Erden.Ich kann mir nur schwer vorstellen, wie ein Ringsystem um einen Planeten viel massiver werden könnte.

Nun, theoretisch, sagen wir, wir wollen ein Ringsystem bauen, und wir entwerfen diese riesige Schneefräse und wir blasen Eiskristalle um einen Planeten herum, nur zum Spaß. Ein Ringsystem würde wahrscheinlich weit über diese Masse hinaus stabil bleiben. Ich habe nicht die Mittel zu berechnen, wo Instabilität ins Spiel kommen könnte, aber wenn Sie Ihr eigenes Ringsystem um einen Planeten bauen, können Sie das Ringsystem vielleicht so massiv wie 1/10 der Masse des Planeten bekommen ein bisschen mehr, bevor eine Art Gravitationsinstabilität überhand nahm. Ich glaube nicht, dass Sie das jemals in einer natürlichen Situation sehen werden, aber theoretisch denke ich, dass es getan werden könnte.

Nun zur Beantwortung Ihrer Fragen:

Hängt es von der Masse des Planeten ab?

absolut. Die Masse des Planeten (und seine Dichte) bestimmt die Größe seiner Roche-Grenze, die definiert, wie weit sich das Ringsystem erstrecken kann. Wie oben erwähnt, können Planeten Ringe jenseits der Roche-Grenze haben, aber nur schwache. Dichte/dicke Ringe bilden sich nur innerhalb der Roche-Grenze und je massiver der Planet, desto größer die Roche-Grenze.

Anwesenheit/Abwesenheit von Monden?

Kleine Monde spielen keine große Rolle. Saturn hat kleine Monde in seinen Ringen und sie erzeugen kleine Unterbrechungen in seinem Ringsystem. Große Monde, insbesondere wenn sie nahe am Planeten sind, können Gravitationsstörungen verursachen und wären nicht gut für ein permanentes Ringsystem.

Abstand zum Stern oder andere Parameter?

Jenseits der Frostgrenze ist am besten, denn dort schmilzt das Eis nicht. Eis macht mehr Masse unseres Sonnensystems und wahrscheinlich der meisten Sonnensysteme aus als felsiges Material und sie brechen leichter auseinander, also sollte statistisch gesehen ein Ringsystem weit von der Sonne entfernt besser abschneiden, in unserem Fall mindestens Jupiter-Entfernung. Das enorme Magnetfeld von Jupiter ist möglicherweise auch nicht langfristig ringfreundlich. Sie möchten also nicht nur weit von der Sonne entfernt, sondern auch einen Planeten ohne zu starkes Magnetfeld, der geladene Teilchen mit hoher Geschwindigkeit durch den Ring schießt. Hier ist ein lustiger Artikel darüber, wie das Magnetfeld des Saturn seinen Ring erodiert . Jupiter würde jeden Eisring, den er hatte, viel schneller schmelzen als Saturn.

Ich hoffe, das war nicht zu lang und es ist mehr mein Versuch, es herauszufinden, als eine endgültige Antwort, aber bis wir viel bessere Teleskope bekommen, gibt es möglicherweise keine endgültige Antwort auf diese.