Почему кольца Сатурна такие тонкие?

[UFOLOG_Rus]

Друзья, объясните мне "дураку" почему кольца Сатурна образовываются в таком тонком поперечнике, что заставляет их настолько тонко в толщину кольца формироваться? Или поставим даже так вопрос, почему они не летают хаотично вокруг Сатурна как искусственные спутники Земли или космический мусор у Земли???
Уверен, что есть какое-то научное объяснение, всеми признанное, может кто знает? Информацию такую я сам не нашёл... 

PS: Прикреплённое фото это прекрасно иллюстрирует...

[Сергей Шмальц]

Ключевое слово ответа "предел Роша".
https://ru.wikipedia.org/wiki/Предел_Роша

[Monstr]

Предел Роша играет роль при создании кольца, но не объясняет его толщину. Если бы спутники летали по хаотическим орбитам, то не было бы такого зрелища как Сатурн.
Простыми словами - при вращении система стремиться сжаться в диск. То есть при образовании Сатурна и его системы спутников основная масса вещества располагается в плостости, перпендикулярной оси вращения. Далее вступает предел Роша, крошащий спутники. И их осколки продолжают летать в той же плоскости, что и раньше, образуя тонкий диск.

 Что касается искусственных спутников, то их запускают как вздумается, поэтому и летают почти хаотично. Таким же образом получаются сильно наклоненные орбиты захваченных астероидов планетами-гигантами (подобие космического мусора). Свои спутники, как правило, обращаются на орбитах с очень небольшим наклоном.

[xd]

Сейчас Вам Уран припомнят

[Эклипсоман]

А Нептун вообще с арками, полуразорванные кольца:)

[slonougam]

Ключевое слово ответа - вращение. А у вращающихся тел, есть ось вращения и плоскость перпендикулярная оси вращения. А  у этой плоскости, есть уникальное свойство. Только в этой плоскости происходит действие центробежных сил, вызываемых вращением системы (Сатурна с кольцами). Эти силы анизотропны.  А подобных сил в направлении оси вращения - нет совсем. Гравитационные же силы изотропны. Они направлены со всех сторон к центру, в данном случае, Сатурна. Получается, что имеется выделенная плоскость в которой частицы колец Сатурна имеют возможность находиться в равновесии под действием двух сил. Хотя и бывают ДТП.

[UFOLOG_Rus]

Спасибо за ответы, предыдущий понравился очень.  Допустим ли тогда тот же принцип, применительно к поясу астероидов в системе взаимодействия Солнце - пояс астероидов? Учитывая пропорции Сатурна и Солнца и расстояние от пояса астероидов до Солнца, не должен ли пояс астероидов тогда тоже быть таким же узким по толщине как и кольца Сатурна? Какова его толщина кстати в поперечнике?

[Грехов Михаил]

Гы.... вращение тела по орбите вокруг планеты происходит таки всё-равно вокруг центра и в центр же направлено ускорение свободного падения. Поэтому при любом наклоне орбиты по отношению к экватору никаких сил, которые бы уменьшали наклонение орбиты не образуется. Поскольку центробежные силы и силы гравитации действуют в одной плоскости.

Тут скорее иное. Если представить себе рой частиц, вращающихся по орбите с произвольными наклонениями с возможностью сталкиваться между собой, то рано или поздно взаимные соударения будут приводить к нивелированию возможных рассогласований скорости и направлений движения. Скажем 2 одинаковых частицы летят с наклонением 45 градусов, только одна снизу, с южного полушария, а другая сверху - с северного. Их столкновение породит массу частиц, которые будут двигаться уже более-менее в плоскости экватора, скажем с наклонением в 10 градусов. Потом и эти частицы сталкиваются, ещё сильнее уменьшая наклонение уже до 3-5 градусов. И так далее. Потом все частицы понемногу сгруппируются около экватора (поскольку облако в целом во времени и пространстве гомогенно) и взаимное нивелирование скорости продолжится, вплоть до формирования кольца бесконечно малой ширины.

Как ещё вариант - формирование кольца методом потери устойчивости или столкновения 2-х спутников Сатурна, которые раскрошились в частицы. Или же оказавшихся внутри предела Роша. Тогда тоже образуются околоэкваториальное широкое кольцо, которое из-за эффекта убавления наклонения из-за столкновений будет склонно к утонению.

Аналогично возникают и протопланетные диски и Солнечная Система, где планеты движутся почти в одной плоскости, и даже пояс астероидов тоже более плотен к плоскости вращения планет.   

[Dayan]

Допустим ли тогда тот же принцип, применительно к поясу астероидов в системе взаимодействия Солнце - пояс астероидов? Учитывая пропорции Сатурна и Солнца и расстояние от пояса астероидов до Солнца, не должен ли пояс астероидов тогда тоже быть таким же узким по толщине как и кольца Сатурна? Какова его толщина кстати в поперечнике?

Толщина пояса астероидов примерно 1 а.е. при диаметре более 6 а.е., но никаких чётких границ у него нет. Конечно, все подобные системы - кольца планет, астероидные пояса звёзд, плоскость дисковых галактик, аккреционные диски вокруг компактных объектов, протопланетные диски, подчиняются одним и тем же физическим законам. Однако, отношение толщины диска системы к её диаметру в разных системах сильно различается в силу разной плотности этих систем и, таким образом, разной скоростью взаимодействия составляющих их частиц друг с другом. Например, кольца Сатурна такие тонкие потому, что время релаксации системы (т.е. времени, когда взаимодействия между отдельными частицами колец сводятся к минимуму) много меньше времени, прошедшего со времени образования системы. То есть, любые частицы, плоскости орбит которых были когда-либо отличны от плоскости орбит частиц, составляющих основной массив кольца (при сравнимых радиусах этих орбит), должны были к настоящему моменту уже полностью провзаимодействовать - столкнуться с частицами из основного потока, раздробиться, и постепенно изменить направление движения дочерних частиц на преобладающее в данной системе. В астероидном поясе Солнечной системы вопреки расхожему мнению обывателей концентрация частиц (астероидов и их осколков) в занимаемом объёме крайне невелика - столкновения между ними происходят недостаточно часто, чтобы за время существования Солнечной системы этот пояс сплюснулся до небольшой толщины. На этот процесс также влияет притяжение планет, чья гравитация изменяет орбиты астероидов, увеличивая разброс их орбит. При образовании дисковых галактик первоначально составляющий их газ сжимается до такой толщины, при которой становится возможным образование звёзд, и как только это происходит в основной вспышке звездообразования (когда большая часть этого газа обращается в звёзды), дальнейшего уменьшения толшины диска практически не происходит - в силу того, что среднее время взаимодействия между звёздами в галактиках либо сравнимо, либо больше возраста Вселенной. К тому же, за это время звёзды дисков галактик успели обернуться вокруг центра всего несколько десятков раз.

P.S. Пока писал свой пост, до меня уже ответили.

[Грехов Михаил]

На этот процесс также влияет притяжение планет, чья гравитация изменяет орбиты астероидов, увеличивая разброс их орбит.

Наоборот уменьшают. Если астероид взмыл по ходу орбиты слишком вверх (в северную часть), то планеты находятся ниже в основной плоскости. А значит из силы притяжения будут тянуть этот астероид вниз. И наоборот, когда астероид находится в южной полусфере. Таким образом гравитация больших планет это дело уменьшает. Поскольку основная гравитация от Юпитера и Сатурна, то пояс астероидов притягивается в основном снаружи наверное.

[slonougam]

Если представить себе рой частиц, вращающихся по орбите с произвольными наклонениями с возможностью сталкиваться между собой, то рано или поздно взаимные соударения будут приводить к нивелированию возможных рассогласований скорости и направлений движения.

Представить можно. Столкновения наверняка были. Только непонятно, почему они выбрали для устойчивого положения именно эту плоскость, а не любую другую.
  А механизм образования колец  из роя мог быть и другим. В прочих плоскостях частицы все попадали на Сатурн (на них действовала лишь одна сила тяготения), а в анизотропной плоскости частицы остались на почти круговых орбитах.

[Dayan]

На этот процесс также влияет притяжение планет, чья гравитация изменяет орбиты астероидов, увеличивая разброс их орбит.

Наоборот уменьшают. Если астероид взмыл по ходу орбиты слишком вверх (в северную часть), то планеты находятся ниже в основной плоскости. А значит из силы притяжения будут тянуть этот астероид вниз. И наоборот, когда астероид находится в южной полусфере. Таким образом гравитация больших планет это дело уменьшает. Поскольку основная гравитация от Юпитера и Сатурна, то пояс астероидов притягивается в основном снаружи наверное.

Это так просто на пальцах нельзя представить (нужно 3D моделирование n тел). Например, в экзопланетных системах известны горячие юпитеры на полярных и даже ретроградных к плоскости экватора центральной звезды орбитах. Считается, что это результат гравитационного взаимодействия массивных планет, родившихся на тесных орбитах. А родились они естественно в одной плоскости, в плоскости протопланетного диска. И некоторые планеты, по видимому, остаются в этой плоскости, "сбросив" к звезде менее удачливого соседа. Примером такой системы является Ипсилон Андромеды, где плоскости орбит 3 из 4-х известных планет находятся друг по отношению к другу под совершенно немыслимыми углами. Что уж говорить про астероиды?
Кстати, а разброс может происходить и в плоскости орбит планет.

[Грехов Михаил]

Да не попадали!!! А изменили своё наклонение!

По поводу направления - быть может ещё в этом замешана гравитация спутников в том числе и Титана. Они вращаются таки в экваториальной плоскости и поэтому их гравитация влияет весьма незначительно, но именно в направлении уменьшения наклонения частиц и эта плоскость на доли процента оказывается наиболее выгодной. 

[xd]

Проблема в том, что диск не вызывает наклонение орбиты, а вызывает смещение узлов.

[Volkov_A]

Ключевое слово ответа "предел Роша".

Ключевое слово ответа - вращение.

Быть может, быть может!

Но есть особенности, которые может объяснить только электромагнетизм.
1. Чёткость границ колец разделённых щелями.
2. Гармоничность в удалённости.
3. Геометрия пертурбационных движений разномассовых частиц кольца.
4. Геометрия серповидных колец и их нестабильность.

[it]

Потому что это подтверждает верность гравитационной теории Лесажа!
Существует гравитационное экранирование, телам энергетически выгодно занять место в этой тени.

Почему пояс астероидов не стал таким же узким по толщине как и кольца Сатурна?
Потому что прохождение астероида по диску Солнца - гораздо более редкое явление, чем прохождение ледышки из кольца Сатурна по диску Сатурна.

[Грехов Михаил]

Существует гравитационное экранирование, телам энергетически выгодно занять место в этой тени.

Что за вздор и бред? Какое к черту экранирование? Наоборот гравитационное воздействие 2-х объектов складывается с образованием равнодействующей.

[serega2007]

   Причина в сплющенности Сатурна .

[it]

Наоборот гравитационное воздействие 2-х объектов складывается с образованием равнодействующей.

По ньютоновской теории - да, гравитационное взаимодействие аддитивно. А ньютоновская теория может объяснить, почему кольца Сатурна такие тонкие?
Вроде бы и в ОТО что-то говорится про неаддитивность воздействия в сильных гравитационных полях. Т.е. эта неаддитивность очень мала и нефиксируема в единичном лабораторном опыте, но, кумулятивно накапливаясь в течении миллионов лет, даёт, например, такие тонкие кольца Сатурна.

[Valenock]

Может частицы в кольцах собираются в плоскость под действием взаимного притяжения? Ведь эта сила ничем не уравновешивается, приливные силы из плоскости не выбрасывают, а только "разбивают сгустки". Осколок, вращающийся под наклоном к кольцу, может иметь устойчивую орбиту относительно Сатурна, но при этом должен падать на кольцо под действием его суммарной гравитации. Кстати, сколько весят кольца?