Hallo Zusammen,
Das Rätsel der Herkunft der Planetenringen ist vermutlich gelöst.Ein Team von Forschern hat ein neues Modell für die Herkunft der
Saturn-Ringe, basierend auf Ergebnissen von Computersimulationen, präsentiert. Die Ergebnisse der Simulationen gelten auch für Ringe anderer Riesenplaneten und erläutern die kompositorischen Unterschiede zwischen den Ringen von Saturn und Uranus.
Die Riesenplaneten in unserem Sonnensystem haben sehr unterschiedliche Ringe. Die Beobachtungen zeigen, dass die
Saturnringe aus mehr als 95% eisigen Teilchen bestehen, während die Ringe von
Uranus und
Neptun dunkler sind und einen höheren Gesteinsgehalt aufweisen könnten. Die Ursprünge der Ringe waren unklar und die Mechanismen, die zu den verschiedenen Ringsystemen führten, waren unbekannt.
Kredit der Bilder: NASA/JPLDie vorliegende Studie konzentrierte sich auf die Periode, auf die sogenannte
" Late Heavy Bombardierung", von der angenommen wird, dass sie vor 4 Milliarden Jahren in unserem Sonnensystem aufgetreten ist, als die riesigen Planeten eine Orbitalwanderung durchmachten. Es wird angenommen, dass mehrere tausend Objekte in
Pluto-Größe aus dem
Kuiper Gürtel in dem äußeren Sonnensystem jenseits des
Neptun existierten. Zuerst berechneten die Forscher die Wahrscheinlichkeit, dass diese großen Objekte nahe genug an die riesigen Planeten kamen, und durch die gravitativen Wechselwirkungen während des späteren schweren Bombardements zerstört wurden. Die Ergebnisse zeigten, dass
Saturn, Uranus und
Neptun mehrmals enge Begegnungen mit diesen großen Objekten erlebt haben.
Als nächstes untersuchte die Gruppe Computer-Simulationen, um die Unterbrechung dieser
Kuiper-Gürtelobjekte durch Gezeitenkraft zu untersuchen, wenn sie die Umgebung der Riesenplaneten passierten (siehe 2a). Die Ergebnisse der Simulationen variierten in Abhängigkeit von den Anfangsbedingungen, wie die Rotation der vorbeifliegenden Objekte und ihre minimale Annäherungsdistanz zum Planeten. Jedoch entdeckten sie, dass in vielen Fällen Fragmente, die 0,1-10% der Ausgangsmasse der vorbeifliegenden Gegenstände umfassten, in den Umlaufbahnen um die Planeten eingefangen wurden (siehe 2a, b). Die kombinierte Masse dieser eingefangenen Fragmente erwies sich als ausreichend, um die Masse der Ringe um
Saturn und
Uranus zu erklären. Mit anderen Worten, diese
Planetenringe wurden gebildet, wenn genügend große Objekte sehr nahe an die Planeten kamen und zerstört wurden.
Die Forscher simulierten die langfristige Entwicklung der eingefangenen Fragmente mit dem Supercomputern an dem
National Astronomical Observatory of Japan. Aus diesen Simulationen zeigte es sich, wenn eingefangene Fragmente mit einer anfänglichen Größe von mehreren Kilometern wiederholt hochschnellen Kollisionen unterzogen werden, wurden sie allmählich in kleine Stücke zerbrochen. Solche Kollisionen zwischen den Fragmenten könnten zur Bildung der kreisförmigen Umlaufbahnen der heutigen Ringe geführt haben (siehe Fig. 2b, c).
Dieses Modell kann auch den kompositorischen Unterschied zwischen den Ringen von
Saturn und Uranus erklären. Im Vergleich zu
Saturn hat
Uranus (und auch
Neptun) eine höhere Dichte (die mittlere Dichte von Uranus ist 1,27 g cm-3 und 1,64 g cm-3 für Neptun, während die Dichte von Saturn 0,69 g cm-3 beträgt). Dies bedeutet, dass in den Fällen von Uranus und Neptun Objekte, die in der Nähe der Planeten kamen, extrem starke Gezeitenkräfte erlebten. (Saturn hat eine niedrigere Dichte und ein großes Verhältnis von Durchmesser zu Masse, so dass, wenn die Objekte sehr nahe kommen, mit dem Planeten selbst kollidieren). Infolgedessen, wurden
Kuiper Gürtel Objekte mit geschichteten Strukturen, wie einen felsigen Kern mit einem eisigen Mantel, in der Nähe von Uranus oder Neptun kamen, zusätzlich zu den eisigen Mantel, auch der felsige Kern zerstört und eingefangen, und so Ringe mit felsiger Zusammensetzung bildeten. Wenn sie jedoch am Saturn vorbeiflogen, wurde nur der eisige Mantel zerstört und es bildeten sich die eisigen Ringe. Dies soll die verschiedenen Ringzusammensetzungen erklären.
Abbildung 2: Schematische Darstellung des Ringbildungsprozesses. Die gestrichelten Linien zeigen den Abstand, in dem die Schwerkraft der Riesenplaneten stark genug ist, so dass eine Gravitationszerstörung auftreten kann. (A) Wenn Kuiper-Gürtelobjekte enge Begegnungen mit riesigen Planeten haben, werden sie durch die Gezeitenkräfte der Riesenplaneten zerstört. (B) Als Ergebnis der Gravitationsunterbrechung werden einige Fragmente in Umlaufbahnen um den Planeten eingefangen. (C) Wiederholte Kollisionen zwischen den Fragmenten bewirken, dass die eingefangenen Fragmente zerfallen, ihre Umlaufbahn allmählich kreisförmiger wurden und die aktuellen Ringe entstanden.
(Kredit: teilweise Veränderung der Figur von Hyodo, Charnoz, Ohtsuki, Genda 2016, Icarus).
Diese Ergebnisse zeigen, dass die Ringe von Riesenplaneten natürliche Nebenprodukte des Entstehungsprozesses der Planeten in unserem Sonnensystem sind. Das bedeutet, dass riesige Planeten, die um andere Sterne entdeckt werden, Ringe haben, die durch einen ähnlichen Prozess gebildet werden. Von der Entdeckung eines Ringsystems um einen Exoplaneten wurde kürzlich berichtet, und weitere Entdeckungen von Ringen und Satelliten um Exoplaneten werden unser Verständnis ihrer Herkunft fördern.
Der Hauptautor der Studie ist HYODO Ryuki (Kobe University, Graduate School of Science) und Co-Autoren sind Professor Sébastien Charnoz, Professor OHTSUKI Keiji (Universität Kobe, Graduate School of Science ) Und Project Associate Professor GENDA Hidenori (Earth-Life Science Institute, Tokyo Institut für Technologie). http://www.kobe-u.ac.jp/en/NEWS/research/2016_10_31_01.htmlhttp://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0019103516305747Mit den besten Grüßen
Gertrud
