Кі́льця Юпі́тера — система планетарних кілець планети Юпітер. Це третя система кілець, відкрита в Сонячній системі, після систем кілець Сатурна та Урана. Вперше кільця Юпітера були помічені 1979 року при підльоті КА «Вояджер» до Юпітера, більш детальні відомості про кільця вдалося отримати в 1990-ті завдяки КА «Галілео». Кільця також спостерігалися з допомогою телескопа «Габбл» і спостерігаються з Землі протягом багатьох років. Наземні спостереження потребують найбільших із доступних телескопів.

Система кілець Юпітера є слабкою та складається переважно з пилу. В кільцях можна виділити загалом чотири компоненти системи: товстий тор із частинок — відомий як «кільце-гало» () чи просто гало; відносно яскраве, дуже тонке «головне кільце»; і два широких і слабких зовнішніх кільця — відомих як «павутинні кільця» (gossamer rings — кільця тонкі та прозорі, як павутина), що називаються за матеріалом супутників, які їх формують: Амальтеї та Теби.

Головне кільце та гало складаються переважно з пилу з Метіди, Адрастеї та, можливо, ще деяких супутників, що є наслідком високошвидкісних зіткнень. Зображення високої роздільності, отримані 2007 року КА «Нові горизонти» дозволили розрізнити насичену та тонку структуру головного кільця.

У видимій частині спектра та близькій інфрачервоній кільця мають червоне забарвлення, за винятком «кільця-гало», що має нейтральне або синє забарвлення. Розмір пилинок у кільцях різний, але площа поперечного перетину найвища для несфероїдальних частинок із радіусом близько 15 мкм у всіх кільцях, крім кільця-гало. Ймовірно у кільці-гало переважає пил з поперечником частинок менше мікрометра. Загальна маса системи кілець невідома, але її оцінки коливаються в межах від 1011 до Вік системи кілець невідомий, але вони могли існувати з моменту остаточного формування Юпітера.

Можливо, що ще одне кільце існує на орбіті Гімалії, якщо вона, як вважається, зіштовхувалася колись із Дією.

Відкриття та будова Кільця Юпітера — третя відкрита у Сонячній системі система кілець, після кілець Сатурна й Урана. Вперше кільця Юпітера спостерігалися 1979 року космічним апаратом «Вояджер-1». Кільцева система має 4 основних компоненти: товстий внутрішній тор із частинок, відомий як «кільце-гало», відносно яскраве і тонке «головне кільце» та два широких і слабких зовнішніх кільця, відомих як «павутинні кільця», названі за матеріалом супутників, що їх формують: Амальтеї та Теби. Основні характеристики кілець Юпітера наведено в таблиці нижче. Назва Радіус (км) Ширина (км) Товщина (км) Оптична товщина Пилова фракція (в τ) Маса, кг Примітки Кільце-гало 92 000—122 500 30 50012 500~1 100 %  — Головне кільце 122 500—129 000 6 50030—3005,9 ~25 % 107—109 (пил)1011—1016 (великі фрагменти) Обмежується Адрастеєю Павутинне кільце Амальтеї 129 000—182 000 53 0002 000~1100 %107—109Пов'язане з Амальтеєю Павутинне кільце Теби 129 000—226 000 97 0008 400~3100 %107—109Пов'язане з Тебою. Поширюється і на простір поза орбітою Теби.

Головне кільце Структура та зовнішній вигляд

Вузьке та відносно тонке головне кільце є найяскравішим у системі кілець Юпітера. Його зовнішній край розташовується на відстані 129 000 км від Юпітера (або ; екваторіальний радіус Юпітера — 71 398 км) та збігається з орбітою найменшого внутрішнього супутника Юпітера, Адрастеї. Його внутрішній край не збігається з орбітою якого-небудь супутника та лежить на відстані 122 500 км ().

Таким чином, ширина кільця 6 500 км. Зовнішній вигляд кільця залежить від геометрії огляду. В прямо-розсіяному світлі яскравість головного кільця починає зменшуватися з 128 600 км (всередині орбіти Адрастеї) та досягає фонового рівня на відстані 129 300 км поза орбітою Адрастеї. Таким чином, Адрастея є супутником-пастухом для цього кільця — аж до відстані 129 000 км. Яскравість кільця збільшується в напрямку до Юпітера та досягає максимуму на відстані 126 000 км, поблизу від центра кільця, однак в ньому спостерігається явний зазор, створений Метідою на відстані 128 000 км. Внутрішня межа «головного кільця» поступово «зникає» з 124 000 до 120 000 км, зливаючись із гало. В прямо-розсіяному світлі всі кільця Юпітера яскраві.

В обернено-розсіяному світлі кільце виглядає інакше. Зовнішня межа головного кільця, розташована на відстані 129 100 км, за орбітою Адрастеї, різко обривається. Орбіта супутника відмічається зазором у кільці, таким чином утворюється кільце поза орбітою Адрастеї. Є ще одне кільце на орбіті Адрастеї, що супроводжується зазором невідомого походження, на відстані приблизно 128 500 км. Третє кільце розташовується поза орбітою Метіди, в центрі ще одного зазору. Яскравість кільця значно зменшується одразу за орбітою Метіди, утворюючи так званий «паз Метіди». Всередині орбіти Метіди яскравість кільця збільшується значно менше, ніж при прямо-розсіяному світлі. В обернено-розсіяній геометрії здається, що кільце складається з двох частин: вузької зовнішньої частини, що простягається від 128 000 до 129 000 км, яка безпосередньо включає три кільця, розділених зазорами, та слабшої внутрішньої частини, що простягається від 122 500 до 128 000 км, в якій неможливо розрізнити яку-небудь структуру, на відміну від прямо-розсіяної геометрії. «Паз Метіди» є їхньою границею. Мікроструктура кільця вперше була досліджена за фотографіями, отриманими КА «Галілео», а також добре простежується на фото в обернено-розсіяному світлі, отриманому КА «Нові обрії» у лютому-березні 2007 року. Більш ранні спостереження з допомогою телескопа «Габбл» (HST), Кека та КА «Кассіні» виявились провальними через недостатню роздільну здатність. Однак пізніше мікроструктуру вдалося розрізнити з допомогою телескопа обсерваторії Кек і використанні адаптивної оптики в 2002—2003 роках.

При спостереженні в обернено-розсіяному світлі кільце здається надзвичайно тонким, і товщиною не більше 30 км. При боковому розсіюванні світла товщина кілець від 80 до 160 км, збільшуючись у напрямку до Юпітера. Кільце здається особливо товстим при прямо-розсіяному світлі, приблизно 300 км. Одним із відкриттів КА «Галілео» стало відкриття відносно товстої (близько 600 км) хмари матерії, що оточує внутрішній край кільця. Хмара збільшується в товщині ближче до внутрішнього краю, де переходить у гало.

Детальний аналіз зображень КА «Галілео» виявив поздовжні зміни яскравості у головному кільці, не пов'язані з геометрією огляду. Крім цього була виявлена деяка неоднорідність у кільці — в масштабах 500—1000 км.

У лютому-березні 2007 року КА «Нові обрії» виконав детальний пошук нових невеликих супутників у «головному кільці». Незважаючи на те, що жоден супутник, більший виявлений не був, камери апарата зафіксували сім відносно невеликих брил із частинок кільця. Вони рухаються у щільному кільці всередині орбіти Адрастеї. Припущення про те, що це саме брили, а не невеликі супутники, підтверджується азимутальними замірами. Вони простягаються на вздовж кільця, що відповідає 1000—3000 км. Брили розділені всередині кільця на 2 групи — із 5 та 2 елементів. Походження брил незрозуміле, однак їхні орбіти перебувають в резонансах 115:116 і 114:115 з Метідою. Можливо, вони є уламками від зіткнення Метіди з деяким об'єктом.

Спектр і гранулометричний склад

Спектр кільця був отриманий «Габблом», Кеком, КА «Галілео» та КА «Кассіні». Це дозволило встановити, що колір частинок у кільці червонуватий, тобто їхнє альбедо вище на більших довжинах хвилі. Спектр кільця не дозволяє виділити якихось хімічних речовин, однак під час спостережень «Кассіні» були виявлені лінії поглинання на довжині хвиль і Спектр головного кільця нагадує спектр Адрастеї та Амальтеї.

Властивості головного кільця можуть пояснюватися гіпотезою, згідно з якою воно містить суттєву кількість пилу розмірами . Це пояснює більшу яскравість кільця при прямо-розсіяному світлі. Однак наявність більших частинок потрібна для того, щоб пояснити вищу яскравість і мікроструктуру яскравої зовнішньої частини кільця в обернено-розсіяному світлі.

Аналіз доступних фазових і спектральних даних дозволяє зробити висновок про те, що розподіл розмірів дрібних частинок у головному кільці підпорядковується степеневому закону

,

де  — кількість частинок із радіусами між і , і  — нормувальний параметр, що вибирається для того, щоб відповідати загальному світловому потоку від кільця. Параметр  — і застосовується для і для частинок із Розподіл великих частинок у мм-км зоні наразі невідомий. Світлове розсіювання в цій моделі переважно здійснюється частинками з близько 15 мкм.

Степеневий закон, згаданий вище, дозволяє оцінити оптичну товщину головного кільця: для великих тіл і для пилу. Така оптична товщина означає, що загальний поперечний переріз частинок у кільці — близько 5000 км². Частинки у головному кільці, ймовірно, мають не сферичну форму. Загальна маса пилу в головному кільці оцінюється в Маса великих тіл, за винятком Метіди й Адрастеї, становить . Це залежить від їхнього максимального розміру, граничне значення — 1 км в діаметрі. Для порівняння: маса Адрастеї — близько 2 кг, Амальтеї — близько 2 кг, Місяця — .

Наявність в одному кільці одразу двох популяцій частинок, пилу та великих тіл, пояснює відмінності зовнішнього вигляду кільця при різній геометрії огляду. Пил добре видно при прямо-розсіяному світлі та обмежується орбітою Адрастеї. Навпаки, великі тіла, добре розрізнювані при обернено-розсіяному світлі, обмежуються областю між орбітами Адрастеї та Метіди, а також кільцями.

Походження та вік

Пил залишає кільце через ефект Пойнтінга — Робертсона, а також електромагнітні сили магнітосфери Юпітера. Леткі речовини, наприклад, льоди, швидко випаровуються. «Час життя» частинок у кільці — від 100 до 1000 років. Таким чином, пил повинен постійно поповнюється за рахунок зіткнень між тілами розміром від 1 см до і тими ж тілами та тілами з-за меж системи Юпітера. Джерелами наповнення кільця є популяція з відносно великих тіл, обмежена 1000-кілометровою областю на орбіті, яскрава зовнішня частина кільця, а також Метіда та Адрастея. Найбільші тіла, за винятком Метіди й Адрастеї, які є джерелами поповнення, не можуть бути більшими за розміром. Верхня межа була встановлена спостереженнями КА «Нові обрії». Попередня верхня межа, отримана за рахунок спостережень «Габбла» та «Кассіні», була близька до 4 км. Пил, що утворюється під час зіткнень, зберігає спочатку ті ж орбітальні елементи, що і тіла-джерела, але поступово повільно, по спіралі, починає зміщуватися в напрямку Юпітера, формуючи слабку (в обернено-розсіяному світлі) внутрішню частину головного кільця та гало. Наразі вік головного кільця невідомий, але, можливо, він є останніми залишками популяції з маленьких тіл біля Юпітера.

Вертикальні хвилястості Фотографії з КА «Галілео» та «Нові обрії» дозволили розрізнити дві окремі групи хвилястостей всередині головного кільця. Ці групи хвилястостей сильніші ніж ті, що можуть бути викликані диференціальною вузловою регресією гравітаційного поля Юпітера. Ймовірно, найпомітніша хвилястість із двох була викликана кометою Шумейкерів — Леві 9, що зіткнулася з Юпітером 1995 року, в той час як інша з'явилася, мабуть, у першій половині 1990 року. Спостереження «Галілео» у листопаді 1996 року дозволили виконати вимірювання цих двох «хвилястостей»: довжина: і , вертикальна амплітуда і , для сильнішої та слабшої хвилястості відповідно. Формування більшої хвилястості можна пояснити дією на кільце частинок комети, повна маса якої становила , які відхилили ділянку кільця від екваторіальної площини на 2 км. Схожа хвилястість спостерігалася «Кассіні» в кільцях Сатурна C і D.

Кільце-гало Структура та зовнішній вигляд