Мы продолжаем серию постов о космических открытиях. На этот раз речь пойдет об астероиде Харикло, который окружен парой колец. Кольца, скорее всего, образовались после столкновения рассеянного мусора вокруг астероида. Наличие колец астероида предполагает также еще не обнаруженный спутник астероида, который стабилизирует их.

Астероид диаметром в 250 км выглядит просто крошечным на фоне гигантских газообразных планет, которые обладают кольцами. Это открытие доказывает, что образование колец вокруг космического тела никак не связано с его размерами.

Кольца аналогичны тем, которые окружают Сатурн, очень плотные, яркие и, вероятно, образованы из камней и льда. Скорость частиц, вращающихся вокруг Харикло, всего несколько десятков метров в секунду, что сравнительно медленно по сравнению с десятками километров в секунду у колец Сатурна.

В то время как Сатурн является самым известным космическим телом с наличием колец в Солнечной системе, они также есть у Юпитера, Нептуна и Урана, просто менее заметны. Но все эти газовые гиганты значительно больше Харикло.

Харикло является одним из самых крупных астероидов кентавров. Кентавры – группа астероидов, находящихся между орбитами Юпитера и Нептуна, переходная по свойствам между астероидами главного пояса и объектами пояса Койпера, по некоторым свойствам похожи на кометы. Возможно, именно такое дальнее расстояние от Солнца поможет раскрыть причину наличия колец по сравнению с астероидами, которые находятся около Марса и Юпитера, где солнечный ветер сильнее и, вероятно, уносит мелки частицы.

Относительно небольшой размер Харикло формирует достаточно низкий уровень гравитации, а это означает, что астероид смог захватывать только небольшие и медленно движущиеся частицы. Наличие кольцевой системы отвечает на вопросы о том, почему астероид стал более ярким с момента последних наблюдений в 2008 году.

И все же остается загадкой, каким образом кольца остаются стабильны. С течением времени частицы разлетаются из колец в разные стороны, исключением является лишь случай, когда есть спутник, стабилизирующий кольца. Но масса спутника для Харикло должна быть как оба кольца вместе взятые, а при таких размерах спутник с легкостью бы удалился от астероида в силу низкой гравитации последнего. Поэтому, возможно, система колец достаточно молода. Но если все же есть какой-то спутник астероида, который держит кольца в стабильном состоянии, то в кольцах Харикло могут быть частицы, которые были сформированы в момент образования Солнечной системы.

Харикло, несмотря на свои довольно внушительные размеры, выглядит как ничем не примечательный кусок камня. Но астрономы заметили, что у него есть аномальная сигнатура света. Когда он затмил далекую звезду, неожиданное количество света достигло наших телескопов. Выяснилось, что Харикло обладает сразу двумя космическими ожерельями. Они содержат много замерзшей воды, крупнейшее из колец в ширину составляет 7 километров, а самое малое – в два раза меньше.

И хотя у некоторых астероидов даже есть «луны» – крошечные спутники рядом – Харикло уникален, поскольку раньше колец вокруг астероидов никогда не наблюдали. Происхождение колец до сих пор непонятно, хотя есть мнение, что они сформировались при ударе. Либо это остатки инородного тела, которое разрушил сам Харикло, либо части самого Харикло, которые остались после крушения.

Астероид Харикло, диаметр которого составляет 260 километров, был открыт еще в 1997 году. Он относится к так называемым "кентаврам" – группе астероидов, чьи орбиты лежат между орбитами Юпитера и Нептуна (т.е. они находятся в промежутке между поясом астероидов и поясом Койпера). Само открытие было сделано совершенно случайно, ибо ранее никто не предполагал, что у таких маленьких объектов в принципе могут быть собственные кольцевые системы и потому соответственно никаких целенаправленных поисков на предмет их обнаружения не проводилось.

Итак, 3 июля 2013 года команда астрономов, наблюдала прохождение Харикло на фоне звезды (это называется покрытием). Когда объект пролетает на фоне звезды, он перекрывает ее свет, что дает ученым возможность изучить его более детально.

И вот, после анализа результатов покрытия Харикло звезды выяснились удивительные вещи: за несколько секунд до и после основного затмения, свет звезды прерывался, что дало повод полагать, что астероид чем-то окружен. Сравнивая данные, собранные с семи различных телескопов, команда смогла определить форму, размер и ориентацию колец.

Система состоит из плотного внутреннего кольца шириной в 7 километра и радиусом в 391 километр и внешнего кольца шириной в 3 километра и радиусом 405 километров. Существует предположение, что 9 километровая щель между двумя кольцами объясняется наличием небольшого спутника, который может выполнять роль "пастуха" (аналогично двум спутникам Сатурна – Пандоре и Прометею), удерживая частицы и не давая им разлететься.

Интересно, что абсолютно таким же способом и так же неожиданно для исследователей в 1977 году были открыты кольца Урана.

Предполагается что кольца Харикло образованы из камней и льда и являются весьма яркими. Дело в том, что после открытия в 1997 году астероида, ученые заметили, что со временем его яркость значительно упала – а через несколько лет затем снова восстановилась. Тогда этот феномен поставил ученых в тупик – но после открытия колец все встало на свои места. Кольца Харикло, в ходе его движения по орбите, встали с точки зрения Земли на ребро, что и вызвало временное уменьшение его яркости (тут можно вспомнить Галилея, который когда-то не увидел кольца Сатурна как раз потому, что они встали на ребро и стали практически невидимы для земного наблюдателя).

В любом случае, можно только представить какой потрясающий вид открывается с поверхности астероида – ведь расстояние от нее до колец менее 300 километров.

Откуда у такого маленького объекта вообще взялись кольца? Возможно, что образующие их частицы были выбиты после столкновения Харикло с другим астероидом. Возможно, что спутнику удалось захватить своим притяжением небольшую комету, которая была разорвана его гравитацией и образовала кольца. Оба этих варианта предполагают, что это событие произошло относительно недавно – потому как со временем частицы колец должны были бы разлететься.

Но, если у Харикло действительно есть спутник, и он достаточно массивен, то возможно, что эти кольца существуют еще со времен образования Солнечной системы. В любом случае, после этого открытия понятно, что представления о том, что кольцевые системы могут быть только у достаточно массивных тел, придется пересмотреть.

Японские астрономы Суго Мисикоси (Shugo Michikoshi) и Ичиро Кокубо (Eiichiro Kokubo) создали на суперкомпьютере ATERUI трехмерную модель системы колец вокруг Харикло – самого большого астероида между большими астероидными кольцами Солнечной системы.

С диаметром около 250 километров, с площадью поверхности чуть превышающей площадь Чукотки, астероид Харикло – самое малое небесное тело Солнечной системы, у которого есть кольца (по данным расчётов, целых два). Вместе с другими кентаврами он летает по орбите, расположенной за орбитой Юпитера, но в пределах орбиты Нептуна.

Чтобы создать модель движения колец, учёные математически описали движение 345 миллионов частиц, из которых состоят кольца, их столкновения и гравитационное притяжение друг к другу, к Харикло и к другим объектам. Вычислительных мощностей суперкомпьютера хватило на эти расчёты только благодаря тому, что система колец Харикло относительно невелика; на то, чтобы подобным образом рассчитать движение колец Сатурна, у учёных пока ресурсов нет.

Кольца обнаружены у всех четырёх планет-гигантов Солнечной Системы – Сатурна, Юпитера, Урана, Нептуна, а также у Харикло. По некоторым данным, кольца также есть вокруг спутника Сатурна Реи и астероида-кентавра Хирона.

Чтобы кольца были стабильными, их плотность должна быть меньше плотности самой Харикло. При выполнении этого условия во внутреннем, более плотном кольцу Харикло должны существовать автогравитационные вихри (self-gravitational wakes), вызванные взаимным гравитационным воздействием частиц кольца.

Автогравитационные вихри на Харикло рано или поздно должны разрушить кольцо – согласно расчётам Мисикоси и Кокубо, всего за 100 лет. Эта цифра значительно меньше тех, что коллеги японских учёных предлагали раньше, поэтому, чтобы объяснить тот факт, что кольца Харикло всё еще на месте и вполне стабильны, учёные предложили две гипотезы.

Автогравитационные вихри существуют в кольцах Юпитера и Урана, и кольца этих планет не разрушаются только благодаря действию крупных спутников-пастухов. Первая гипотеза Мисикоси и Кокубо предполагает, что и у Харикло есть такой спутник-пастух, который удерживает внутреннее кольцо. Вторая гипотеза заключается в том, что на самом деле частицы материала, из которых состоит внутреннее кольцо, меньше, чем считается. Внутреннее кольцо, состоящее из частиц диаметром меньше сантиметра, может просуществовать сто миллионов лет, а если частицы больше метра (как и предполагалось при моделировании), то внутреннему кольцу Харикло не может быть больше сотни лет.

От того, какая из гипотез верна, зависит ответ на вопрос о том, откуда появились кольца астероида. Если внутреннее кольцо Харикло действительно не старше века, то вероятность того, что оно появилось в результате столкновения астероида с другим космическим телом, крайне мала, поскольку такие столкновения редки. В таком случае более вероятно образование кольца в результате разрушения спутника или из материала, выброшенного с поверхности астероида.