リングシステム

リング系とは、塵粒子、流星体、小惑星、衛星、恒星などの多数の固体天体から構成され、天体の周りを公転する円盤状またはトーラス状の構造のことである。

リングシステムは、惑星リング、土星の環のような巨大惑星の衛星システムの一般的な構成要素、または周惑星円盤として最もよく知られています。しかし、銀河リングや周星円盤、小惑星帯やカイパーベルトのような小惑星帯、または太陽の周りを水星、金星、地球と平均運動共鳴しているような惑星間塵のリングである場合もあります。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}証拠は、リングシステムが月や褐色矮星などの他の種類の天体の周りにも見られる可能性があることを示唆しています。

太陽系では、4つの巨大惑星（木星、土星、天王星、海王星）すべてに環系がありますが、土星の環系は4つの中で最も大きく、最も目に見えるものです。小惑星の周りの環系も掩蔽によって発見されています。いくつかの研究では、地球はオルドビス紀中期から後期にかけて環系を持っていた可能性があるとさえ理論づけています。 ^{[ 4 ]}

厚い惑星環が形成された方法として、3つの説が提唱されている。1つ目は、惑星のロッシュ限界内にあり、そのため合体して衛星を形成できなかった原始惑星系円盤由来の物質から、 2つ目は、大きな衝突によって破壊された衛星の残骸から、3つ目は、惑星のロッシュ限界内を通過した際に潮汐応力によって破壊された衛星の残骸からである。ほとんどの環は不安定で、数千万年または数億年かけて消滅すると考えられていたが、土星の環は非常に古く、太陽系の初期の頃にまで遡る可能性があることが明らかになってきている。^{[ 5 ]}

惑星のより淡い環は、惑星の周りを公転する衛星への隕石の衝突、または土星のE環の場合のように、低温火山物質の噴出物の結果として形成されることがある。^{[ 6 ] [ 7 ]}

巨大惑星との接近遭遇（ロッシュ限界の0.4～0.8倍以内）で潮汐破壊を受けたケンタウルス族の周囲に環系が形成される可能性がある。初期相対速度3～6 km/s、初期自転周期8時間で巨大惑星に接近する分化した天体の場合、環の質量はケンタウルス族の質量の0.1～10%と予測される。未分化の天体からの環形成は起こりにくい。環は、親天体の氷のマントルの物質で大部分または完全に構成される。環が形成された後、環は横方向に広がり、ケンタウルス族のロッシュ限界を超えて広がった部分から衛星が形成される。衛星は、破壊された氷のマントルから直接形成される可能性もある。この形成メカニズムでは、ケンタウルス族の約10%が巨大惑星との環形成の可能性のある遭遇を経験していると予測される。^{[ 8 ]} 

惑星の環を構成する粒子の組成は、ケイ酸塩から氷の塵まで多岐にわたる。2007年に土星の環内で直径わずか数百メートルの8つの小衛星による潮汐効果が検出されたように、より大きな岩石や巨礫が存在する可能性もある。環を構成する粒子の最大サイズは、その物質の比強度、密度、およびその高度における潮汐力によって決まる。潮汐力は、環の半径内の平均密度、または惑星の質量を環の半径の3乗で割った値に比例する。また、環の公転周期の2乗に反比例する。

惑星の環の中には、シェパードムーンと呼ばれる小さな衛星の影響を受けるものがあります。これらの衛星は、環の内側や外側の縁、あるいは環の​​隙間を周回しています。シェパードムーンの重力は、環の明確な境界を維持する役割を果たします。シェパードムーンの軌道に近づいた物質は、環本体へと跳ね返されるか、系外へ放出されるか、あるいは衛星自体に付着します。

火星の衛星フォボスは、約5000万年後に分裂して惑星環を形成すると予測されている。その低軌道は、火星の1日よりも短い公転周期を持ち、潮汐減速により減衰している。^{[ 9 ] [ 10 ]}

2008 年 3 月の報告では、土星の衛星レアには独自の希薄な環系が存在する可能性があり、そうなればレアは環系を持つことが知られている唯一の衛星となるだろうと示唆された。^{[ 24 ] [ 25 ] [ 26 ]} 2010 年に発表された後の研究では、カッシーニ探査機によるレアの画像は予測された環の特性と一致しないことが明らかになり、環仮説につながった磁気効果には別のメカニズムが関与していることが示唆された。^{[ 27 ]}

ニューホライズンズが到着する前は、一部の天文学者は、冥王星とカロンの間には、冥王星の小さな外側の衛星が衝突によって放出した塵からできた周連星環システムが存在する可能性があると仮説を立てていた。塵環はニューホライズンズ探査機にとってかなりの危険をもたらす可能性があった。^{[ 28 ]}しかし、ニューホライズンズが冥王星の周囲に塵環を検出できなかったため、この可能性は否定された。

チャリクロ

ケンタウルス族の小惑星10199カリクロは、環を持つことが発見された最初の小惑星です。カリクロには2つの環があり、これは衝突によって一連の破片がカリクロの周りを公転するようになったためと考えられています。環は、2013年6月3日に南米の7か所から天文学者たちがカリクロが恒星UCAC4 248-108672の前を通過するのを観測した際に発見されました。観測中、彼らは掩蔽の直前と直後に恒星の見かけの明るさが2回低下するのを目撃しました。この現象は複数の場所で観測されたため、明るさの低下が実際に環によるものであるという結論は、満場一致で最も有力な仮説となっています。この観測により、おそらく直径19キロメートル（12マイル）の環系が明らかになり、これは月が地球から受ける距離の約1,000分の1の距離にあると考えられます。さらに、天文学者たちは、環の破片の中に月が公転している可能性があると推測しています。これらの環が天文学者たちが疑っているように衝突の残骸であるならば、これは月のような衛星がより小さな物質の衝突によって形成されるという考えを裏付けるものとなるだろう。カリクロの環は正式には命名されていないが、発見者たちはブラジルの北端と南端付近にある2つの川にちなんで、オイアポケとチュイという愛称を付けている。^{[ 29 ]}

ハウメア

準惑星であり、共鳴カイパーベルト天体でもあるハウメアの周囲にリングが存在することが、2017年1月21日に観測された恒星食によって明らかになった。これにより、ハウメアはリング系を持つことが発見された最初の海王星以遠天体となった。 ^{[ 34 ] [ 35 ]}リングの半径は約2,287  km、幅は約直径70  km、不透明度0.5。^{[ 35 ]}リング面はハウメアの赤道と、そのより大きな外側の衛星ヒイアカの軌道と一致している^{[ 35 ]}（ヒイアカの長半径は約70 kmである）。25,657  km )。この環はハウメアの自転と 3:1 の共鳴に近い位置にあり、半径は2,285 ± 8  km。^{[ 35 ]}これはハウメアのロッシュ限界内に十分収まっており、その半径は約2,285 ± 8 kmとなる。ハウメアが球形であれば4,400  km（非球形であるため限界はさらに遠くなる）。^{[ 35 ]}

クワオアー

2023年、天文学者たちは準惑星でありカイパーベルト天体でもあるクワオアーの周囲に広く離れた環を発見したと発表した。^{[ 36 ] [ 37 ]}掩蔽データのさらなる分析により、2番目の内側のより暗い環が明らかになった。^{[ 38 ]}

両方の環は特異な性質を示している。外側の環は、4,057 ± 6  km、クワオアーの半径の約 7.5 倍、ロッシュ限界までの距離の 2 倍以上。内側のリングは、2,520 ± 20  km は、クワオアーの半径の約 4.6 倍であり、ロッシュ限界を超えている。^{[ 38 ]}外側のリングは不均質で、薄くて密度の高い部分と、より広くて拡散した部分が含まれているように見える。^{[ 37 ]}

太陽系の巨大惑星はすべて環を持っているため、環を持つ系外惑星の存在はあり得る。土星の環で優勢な物質である氷の粒子は、霜線より外側の惑星の周囲にしか存在できないが、この線より内側では岩石物質で構成された環は長期的に安定している可能性がある。^{[ 39 ]}このような環系は、中心星の光をさらに減少させることで、トランジット法で観測された惑星の不透明度が十分であれば検出できる。2024年現在、この方法により、 HIP 41378 f ^{[ 40 ]}とK2-33b ^{[ 41 ]}の周囲に、2つの候補となる太陽系外環系が発見されている。

フォーマルハウトbは、2008年に発見された時点では大きく、輪郭が不明瞭であることが判明した。これは、恒星の塵円盤から引き寄せられた塵の雲、あるいは可能性のあるリング系によるものだと仮説が立てられたが^{[ 42 ]} 、 2020年にはフォーマルハウトb自体が惑星ではなく、小惑星の衝突による膨張する残骸雲である可能性が非常に高いと判断された^{[ 43 ]} 。同様に、プロキシマ・ケンタウリcは、7地球質量という低い質量に対して予想よりもはるかに明るいことが観測されており、これは約5地球質量のリング系に起因する可能性が_ある^{[ 44 ]}。

2007年に観測された恒星V1400ケンタウリの56日間にわたる減光現象は、恒星を周回する円盤または巨大な環を持つ準恒星天体が恒星を通過する現象として解釈された。 ^{[ 45 ]}この準恒星天体は「J1407b 」と呼ばれ、おそらく木星の数倍の質量を持つ自由浮遊褐色矮星または浮遊惑星である。 ^{[ 46 ]} J1407bの周回円盤または環系の半径は約0.6天文単位（90,000,000 km、56,000,000 mi）である。 ^{[ 45 ]} J1407bのV1400ケンタウリ通過により、円盤または環系内に隙間や密度の変動が明らかになり、これはJ1407bの周囲に系外衛星または系外惑星が形成されている兆候として解釈されている。^{[ 45 ]}  

太陽系のガス惑星の環は、惑星の赤道と一直線に並んでいます。しかし、恒星の近くを公転する系外惑星の場合、恒星からの潮汐力によって、惑星の最も外側の環は恒星の周りの惑星の軌道面と一直線に並ぶことになります。惑星の最も内側の環は依然として惑星の赤道と一直線に並んでいるため、惑星の自転軸が傾いている場合、内側の環と外側の環の異なる位置関係によって、歪んだ環系が形成されます。^{[ 47 ]}

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• USGS/IAUリングおよびリングギャップの命名法
• マーク・ショーウォルター博士による、惑星環系について好奇心旺盛な人が知っておくべきことすべて、 『ギャップを埋める：好奇心旺盛な人のためのポータル』
• 惑星系進化の物理化学
• Gladyshev GP 『自然階層プロセスの熱力学とマクロ動力学』、p.  217。ナウカ、モスクワ、1988年（ロシア語）。