Sistema de anillos
Un sistema de anillos es un disco o anillo que orbita alrededor de un objeto astronómico, que está compuesto de material sólido, como polvo y pequeñas lunas, y es un componente común de los sistemas de satélites alrededor de planetas gigantes. Un sistema de anillos alrededor de un planeta también se conoce como sistema de anillos planetarios.
Los anillos planetarios más destacados y famosos del Sistema Solar son los que se encuentran alrededor de Saturno, pero los otros tres planetas gigantes (Júpiter, Urano y Neptuno) también tienen sistemas de anillos. La evidencia reciente sugiere que los sistemas de anillos también se pueden encontrar alrededor de otros tipos de objetos astronómicos, incluidos los planetas menores, las lunas y las enanas marrones, así como los espacios interplanetarios entre planetas como Venus y Mercurio.
Sistemas de anillos de planetas
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Hay tres formas en que se ha propuesto que se formaron anillos planetarios más gruesos: a partir del material del disco protoplanetario que estaba dentro del límite de Roche del planeta y, por lo tanto, no pudo fusionarse para formar lunas, a partir de los restos de una luna que fue interrumpida por un gran impacto, o de los restos de una luna que fue interrumpida por las tensiones de las mareas cuando pasó dentro del límite de Roche del planeta. Se pensaba que la mayoría de los anillos eran inestables y se disipaban en el transcurso de decenas o cientos de millones de años, pero ahora parece que los anillos de Saturno podrían ser bastante antiguos y datan de los primeros días del Sistema Solar.
Se pueden formar anillos planetarios más débiles como resultado de impactos de meteoritos con lunas que orbitan alrededor del planeta o, en el caso del anillo E de Saturno, la eyección de material criovolcánico.
La composición de las partículas del anillo varía; pueden ser silicato o polvo helado. También pueden estar presentes rocas y cantos rodados más grandes, y en 2007 los efectos de las mareas de ocho 'moonitas' solo se detectaron unos pocos cientos de metros de diámetro dentro de los anillos de Saturno. El tamaño máximo de una partícula anular está determinado por la resistencia específica del material del que está hecho, su densidad y la fuerza de marea a su altitud. La fuerza de marea es proporcional a la densidad media dentro del radio del anillo, oa la masa del planeta dividida por el radio del anillo al cubo. También es inversamente proporcional al cuadrado del período orbital del anillo.
A veces los anillos tendrán "pastor" lunas, lunas pequeñas que orbitan cerca de los bordes internos o externos de los anillos o dentro de los espacios en los anillos. La gravedad de las lunas pastoras sirve para mantener un borde nítidamente definido en el anillo; el material que se desplaza más cerca de la órbita de la luna pastora se desvía hacia el cuerpo del anillo, se expulsa del sistema o se acumula en la luna misma.
También se predice que Fobos, una luna de Marte, se romperá y formará un anillo planetario en unos 50 millones de años. Su órbita baja, con un período orbital más corto que un día marciano, está decayendo debido a la desaceleración de las mareas.
Júpiter
El sistema de anillos de Júpiter fue el tercero en ser descubierto, cuando fue observado por primera vez por la sonda Voyager 1 en 1979, y fue observado más a fondo por Galileo orbitador en la década de 1990. Sus cuatro partes principales son un débil toroide grueso conocido como "halo"; un anillo principal delgado y relativamente brillante; y dos "anillos de telaraña" anchos y tenues. El sistema consiste principalmente en polvo.
Saturno
Los anillos de Saturno son el sistema de anillos más extenso de todos los planetas del Sistema Solar y, por lo tanto, se sabe que existen desde hace bastante tiempo. Galileo Galilei los observó por primera vez en 1610, pero no se los describió con precisión como un disco alrededor de Saturno hasta que Christiaan Huygens lo hizo en 1655. Los anillos no son una serie de pequeños rizos como muchos piensan, sino más bien un disco con densidad variable. Consisten principalmente en hielo de agua y pequeñas cantidades de roca, y las partículas varían en tamaño desde micrómetros hasta metros.
Urano
El sistema de anillos de Urano se encuentra entre el nivel de complejidad del vasto sistema de Saturno y los sistemas más simples alrededor de Júpiter y Neptuno. Fueron descubiertos en 1977 por James L. Elliot, Edward W. Dunham y Jessica Mink. En el tiempo transcurrido entre entonces y 2005, las observaciones de la Voyager 2 y el telescopio espacial Hubble permitieron identificar un total de 13 anillos distintos, la mayoría de los cuales son opacos y tienen solo unos pocos kilómetros de ancho. Son oscuros y probablemente consisten en hielo de agua y algunos compuestos orgánicos procesados por radiación. La relativa falta de polvo se debe a la resistencia aerodinámica de la exosfera-corona extendida de Urano.
Neptuno
El sistema que rodea a Neptuno consta de cinco anillos principales que, en su punto más denso, son comparables a las regiones de baja densidad de los anillos de Saturno. Sin embargo, son tenues y polvorientos, mucho más similares en estructura a los de Júpiter. El material muy oscuro que forma los anillos probablemente sea materia orgánica procesada por radiación, como en los anillos de Urano. Del 20 al 70 por ciento de los anillos son polvo, una proporción relativamente alta. Se observaron indicios de los anillos durante décadas antes de su descubrimiento definitivo por parte de la Voyager 2 en 1989.
Sistemas de anillos de planetas y lunas menores
Los informes de marzo de 2008 sugirieron que la luna Rea de Saturno podría tener su propio sistema de anillos tenues, lo que la convertiría en la única luna que se sabe que tiene un sistema de anillos. Un estudio posterior publicado en 2010 reveló que las imágenes de Rhea obtenidas por la nave espacial Cassini no coincidían con las propiedades predichas de los anillos, lo que sugiere que algún otro mecanismo es responsable de los efectos magnéticos que llevaron a la hipótesis del anillo.
Algunos astrónomos habían teorizado que Plutón podría tener un sistema de anillos. Sin embargo, esta posibilidad ha sido descartada por New Horizons, que habría detectado tal sistema de anillos.
Chariklo
10199 Chariklo, un centauro, fue el primer planeta menor que se descubrió que tenía anillos. Tiene dos anillos, quizás debido a una colisión que provocó que una cadena de escombros lo orbitara. Los anillos fueron descubiertos cuando los astrónomos observaron a Chariklo pasar frente a la estrella UCAC4 248-108672 el 3 de junio de 2013 desde siete lugares de América del Sur. Mientras observaban, vieron dos caídas en el brillo aparente de la estrella justo antes y después de la ocultación. Debido a que este evento se observó en múltiples lugares, la conclusión de que la caída en el brillo se debió de hecho a los anillos es unánimemente la hipótesis principal. Las observaciones revelaron lo que probablemente sea un sistema de anillos de 19 kilómetros (12 millas) de ancho que está aproximadamente 1,000 veces más cerca que la Luna de la Tierra. Además, los astrónomos sospechan que podría haber una luna orbitando entre los restos del anillo. Si estos anillos son los restos de una colisión como sospechan los astrónomos, esto daría pie a la idea de que las lunas (como la Luna) se forman a través de colisiones de fragmentos más pequeños de material. Los anillos de Chariklo no han sido nombrados oficialmente, pero los descubridores los han apodado Oiapoque y Chuí, en honor a dos ríos cerca de los extremos norte y sur de Brasil.
Quirón
También se sospecha que un segundo centauro, 2060 Quirón, tiene un par de anillos. Según los datos de ocultación estelar que inicialmente se interpretaron como resultado de los chorros asociados con la actividad similar al cometa de Chiron, se propone que los anillos tengan un radio de 324 (± 10) km. Su apariencia cambiante en diferentes ángulos de visión puede explicar la variación a largo plazo en el brillo de Chiron a lo largo del tiempo.
Los sistemas de anillos pueden formarse alrededor de los centauros cuando son interrumpidos por las mareas en un encuentro cercano (dentro de 0,4 a 0,8 veces el límite de Roche) con un planeta gigante. (Por definición, un centauro es un planeta menor cuya órbita cruza la(s) órbita(s) de uno o más planetas gigantes). Para un cuerpo diferenciado que se acerca a un planeta gigante a una velocidad relativa inicial de 3−6 km/s con una rotación inicial período de 8 horas, se predice una masa de anillo de 0,1%-10% de la masa del centauro. La formación de anillos a partir de un cuerpo indiferenciado es menos probable. Los anillos estarían compuestos en su mayor parte o en su totalidad por material del manto helado del cuerpo principal. Después de formarse, el anillo se extendería lateralmente, lo que llevaría a la formación de satélites a partir de cualquier parte del mismo que se extienda más allá del límite de Roche del centauro. Los satélites también podrían formarse directamente a partir del manto helado interrumpido. Este mecanismo de formación predice que aproximadamente el 10% de los centauros habrán experimentado encuentros potencialmente formadores de anillos con planetas gigantes.
Haumea
Un anillo alrededor de Haumea, un planeta enano y miembro resonante del cinturón de Kuiper, fue revelado por una ocultación estelar observada el 21 de enero de 2017. Esto lo convierte en el primer objeto transneptuniano que tiene un anillo. sistema. El anillo tiene un radio de unos 2287 km, un ancho de ≈70 km y una opacidad de 0,5. El plano del anillo coincide con el ecuador de Haumea y la órbita de su luna exterior más grande, Hi'iaka (que tiene un semieje mayor de ≈25 657 km). El anillo está cerca de la resonancia 3:1 con la rotación de Haumea, que se encuentra en un radio de 2285 ± 8 km. Está dentro del límite de Roche de Haumea, que se encontraría en un radio de aproximadamente 4400 km si Haumea fuera esférico (el hecho de que no sea esférico empuja el límite más lejos).
Quaoar
El 27 de agosto de 2021, tres astrónomos aficionados de Queensland, Australia, descubrieron de forma independiente un anillo no homogéneo alrededor de Quaoar durante un evento de ocultación estelar de rutina. Los datos sugieren un anillo estrecho de unos 10 km de ancho y, por implicación, es una evidencia indirecta de lunas pastoras. El hecho de que solo se hayan observado ocultaciones individuales en 3 de los 7 sitios de observación sugiere que es un arco de anillo similar a los descubiertos en los años 80 que rodean a Neptuno, pero incluso esos tienen materia no opaca en el resto de la órbita.
Anillos alrededor de exoplanetas
Debido a que todos los planetas gigantes del Sistema Solar tienen anillos, la existencia de exoplanetas con anillos es plausible. Aunque las partículas de hielo, el material predominante en los anillos de Saturno, solo pueden existir alrededor de los planetas más allá de la línea de congelación, dentro de esta línea, los anillos que consisten en material rocoso pueden ser estables a largo plazo. Dichos sistemas de anillos pueden detectarse para planetas observados por el método de tránsito mediante una reducción adicional de la luz de la estrella central si su opacidad es suficiente. A partir de 2020, este método ha encontrado un sistema de anillo extrasolar candidato, alrededor de HIP 41378 f.
Se descubrió que Fomalhaut b era grande y no estaba claramente definido cuando se detectó en 2008. Se planteó la hipótesis de que esto se debía a una nube de polvo atraída por el disco de polvo de la estrella o a un posible sistema de anillos, aunque en 2020 Fomalhaut b en sí mismo se determinó que muy probablemente era una nube de escombros en expansión de una colisión de asteroides en lugar de un planeta. De manera similar, se ha observado que Proxima Centauri c es mucho más brillante de lo esperado por su baja masa de 7 masas terrestres, lo que puede atribuirse a un sistema de anillos de alrededor de 5 RJ.
Una secuencia de ocultaciones de la estrella 1SWASP J140747.93-394542.6 observada en 2007 durante 56 días se interpretó como un tránsito de un sistema de anillos de una compañera subestelar (no observada directamente) denominada "J1407b". A este sistema de anillos se le atribuye un radio de unos 90 millones de km (unas 200 veces el de los anillos de Saturno). En comunicados de prensa, el término "super Saturno" se utilizó. Sin embargo, la edad de este sistema estelar es de solo unos 16 millones de años, lo que sugiere que esta estructura, si es real, es más probable que sea un disco circunplanetario en lugar de un sistema de anillos estable en un sistema planetario evolucionado. Se observó que el anillo tenía un espacio de 0,0267 AU de ancho a una distancia radial de 0,4 AU. Las simulaciones sugieren que esta brecha es más probablemente el resultado de una luna incrustada que los efectos de resonancia de una(s) luna(s) externa(s).
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