What is Chariklo and where is it in the solar system?

Chariklo is a centaur — a small solar system body orbiting between Saturn and Uranus, about 125 kilometres across and the largest known centaur. It takes roughly 63 years to complete one orbit of the Sun.

How were Chariklo's rings discovered?

They were found in June 2013 when telescopes across South America watched Chariklo pass in front of a background star. Instead of one dip in the star's brightness, they recorded five — a central dip for Chariklo itself, and two smaller dips on each side, one for each ring. The discovery was published in Nature in 2014.

Is the change in Chariklo's rings definitely real?

The JWST data shows a measurable difference in ring opacity compared to earlier measurements. Whether this reflects actual changes in ring mass and structure, or partly reflects different observing wavelengths, has not been resolved. The research team presents both possibilities and recommends further JWST occultation observations.

Could Chariklo's rings disappear?

If the changes reflect genuine mass redistribution or loss continuing at a similar rate, the rings could weaken on timescales of centuries to millennia. No prediction of ring lifetime is possible from current data. What the data confirms is that the ring system is not in stable equilibrium.

Are there other known ring systems around small solar system bodies?

Yes. A small number of candidate ring features have been detected around other centaurs and trans-Neptunian objects through stellar occultation. Quaoar was confirmed to host a ring in 2023, and Chiron has shown ring-consistent features in multiple datasets. Chariklo's rings remain the most clearly characterised.

JWST: внутреннее кольцо Харикло уплотняется, пока внешнее тускнеет

Внутреннее кольцо Харикло становится плотнее. Внешнее — тускнеет. Оба изменения происходят одновременно — и пока никто не знает, почему.

Группа астрономов под руководством испанского Андалузского института астрофизики сравнила данные первого в истории специально запланированного наблюдения небольшого тела Солнечной системы, выполненного космическим телескопом «Джеймс Уэбб» (JWST), с десятилетними наземными данными и обнаружила, что два узких кольца Харикло вовсе не являются статичными структурами, как предполагали модели. Внутреннее кольцо, известное как C1R, в 2022 году показало значительно более сильный сигнал, чем при любых предыдущих измерениях. Внешнее кольцо C2R оказалось измеримо слабее. Противоположные изменения выглядят одновременными — ни одна существующая теория динамики колец малых тел этого не предсказывала.

Это открытие важно не только для самой Харикло. Кольцевые системы планет уже показывали, что кольца могут эволюционировать — кольцо F Сатурна заметно меняет форму за месяцы, — но считалось, что кольца вокруг малых тел слишком слабо возмущены и слишком гравитационно спокойны, чтобы меняться в человеческих временных масштабах. Кольца Харикло продемонстрировали обратное.

Как астрономы измерили кольца шириной с городской квартал

Харикло — это кентавр: небольшое тело Солнечной системы поперечником около 125 километров, чья орбита проходит между Сатурном и Ураном, на расстоянии от Земли, которое колеблется примерно от 13 до 18 астрономических единиц. Ширина каждого из колец Харикло не превышает нескольких километров — они гораздо уже любой структуры, которую телескоп мог бы сфотографировать напрямую.

Единственный способ измерить их — звёздное покрытие: наблюдать, как Харикло проходит перед фоновой звездой, и фиксировать точные моменты, когда свет звезды проваливается. Каждый провал, по одному с каждой стороны Харикло, отмечает кольцо. Глубина провала несёт информацию о непрозрачности; его длительность — о ширине кольца. Метод требует точного знания и положения Харикло, и положения звезды, которое теперь обеспечивает миссия Gaia Европейского космического агентства с точностью до миллисекунды дуги.

18 октября 2022 года JWST направил свой прибор NIRSpec на звезду на предсказанном пути Харикло. Это было первое звёздное покрытие, сознательно спланированное и выполненное с помощью этого телескопа, — операция, потребовавшая отслеживать орбиту Харикло с точностью каталога Gaia от ЕКА и удерживать наведение JWST с точностью лучше угловой секунды в то время, как двигались и сам телескоп, и цель. Наблюдение достигло пространственного разрешения в плоскости колец Харикло примерно один километр — выше, чем при любом предыдущем измерении колец малого тела с Земли.

Затем команда сравнила этот профиль JWST 2022 года с лучшими доступными наземными данными покрытий, охватывающими примерно десятилетие и полученными обсерваториями Южной Америки, Европы и Африки.

Одно кольцо становится плотнее. Другое тускнеет. Одновременно.

Кольца Харикло были впервые обнаружены в 2013 году, тоже методом звёздного покрытия, наземной сетью обсерваторий в Южной Америке. На момент открытия они выглядели как две узкие отдельные структуры: C1R — внутреннее и более плотное кольцо, и C2R — внешнее и более разреженное. Само их существование стало неожиданностью — ни у одного объекта размером с Харикло раньше не находили колец, и их происхождение оставалось предметом споров.

В течение следующего десятилетия повторные звёздные покрытия отслеживали систему, но не находили ничего явно необычного. Кольца выглядели стабильными.

Данные JWST изменили эту картину. По сравнению с наземной базовой линией кольцо C1R стало более непрозрачным: проходящий сквозь него свет звезды ослабевал сильнее, чем раньше. Кольцо C2R, в свою очередь, ослабляло свет меньше — оно стало более прозрачным, или, возможно, более тонким, а может, и тем и другим. Изменения противоположны по направлению и, судя по всему, произошли за один и тот же период примерно в десять лет.

Для масштаба: изменение оптической толщины C1R различимо на фоне шума исключительной фотометрии JWST, однако абсолютная разница в массе кольца остаётся неопределённой. Ни один телескоп пока не может установить, накапливает ли C1R частицы, уплотняет ли уже имеющийся материал или меняет свойства своих частиц. Разница в сигнале реальна; её физическая причина — открытый вопрос.

Чего ожидали модели — и почему это ничего не решает

Сейчас рассматриваются три объяснения, и исследовательская группа сознательно излагает все три, не поддерживая ни одно из них.

Первое — реальная эволюция во времени: перераспределение материала между кольцами, вызванное, возможно, столкновением, резонансом с одной из лун Харикло или медленной гравитационной формовкой неправильной формы кентавра. Если ответ в этом, кольца Харикло, как можно показать, недолговечны по космическим меркам, что ставит более трудный вопрос: если кольца вокруг малых тел появляются и исчезают, почему нам случилось их найти?

Второе — наблюдательный эффект: в двух наборах данных, от JWST и от наземных телескопов, использовались несколько разные спектральные фильтры, а оптические свойства колец могут зависеть от длины волны. Если у пылевых частиц есть определённое распределение по размерам, они могут рассеивать свет в ближнем инфракрасном диапазоне JWST иначе, чем в диапазонах видимого света, использовавшихся с Земли, создавая кажущееся изменение, которое отражает свойства частиц, а не массу кольца.

Третье — сочетание обоих: реальная эволюция колец, наложенная на зависящий от длины волны сигнал, в пропорциях, которые нынешние данные разделить не могут.

Ведущий автор статьи Пабло Сантос-Санс (Pablo Santos-Sanz) из Андалузского института астрофизики отмечает, что физическое происхождение изменений остаётся неопределённым. Команда описывает это не как провал наблюдения — данные JWST являются самым высокоразрешённым измерением колец Харикло из всех когда-либо полученных, — а как предел того, что может дать одно звёздное покрытие. Чтобы разделить ширину кольца, непрозрачность и свойства состава, потребуется специальная наблюдательная кампания, в идеале — несколько покрытий JWST на разных длинах волн в течение нескольких лет.

Это ограничение важно: у трёх объяснений очень разные следствия. Если кольца вокруг малых тел действительно недолговечны, число кентавров, у которых в настоящее время есть необнаруженные кольца, должно быть существенно больше, чем один-два подтверждённых на данный момент, — а обзоры ищут не в том временном масштабе. Если же это эффект длины волны, то набор данных JWST — не окончательное слово в вопросе о том, изменились ли кольца Харикло вообще.

Что кольца Харикло говорят о кольцевых системах малых тел

До 2013 года кольца не были найдены ни у одного объекта меньше гигантской планеты. Открытие Харикло изменило картину: кентавры, транснептуновые объекты и даже некоторые астероиды тоже могут иметь кольцевые системы, слишком тусклые или слишком узкие, чтобы их можно было обнаружить иначе, чем через подходящее звёздное покрытие. Последующие поиски нашли кандидатные кольцевые структуры ещё у нескольких малых тел, хотя ни одна не разрешена так же чётко, как у Харикло.

Теоретический вопрос — образование. Кольцевые системы гигантских планет поддерживаются гравитацией близких лун, которые удерживают частицы в узких полосах и восполняют материал, разрушаемый столкновениями и давлением излучения. У Харикло нет подтверждённой крупной луны, способной выполнять такую функцию. Доминируют два сценария: кольца образовались в результате столкновения, оставившего на орбите обломки, или это остатки объекта, разрушенного приливными силами и захваченного в какой-то момент истории Харикло. Ни один сценарий пока нельзя ни подтвердить, ни исключить.

Если кольца Харикло действительно эволюционируют — а не только кажутся меняющимися из-за различий в длинах волн, — они могут находиться на пути к исчезновению. Временной масштаб зависел бы от участвующей массы. Кольцевая система скромной массы рассеялась бы за сроки от тысяч до миллионов лет: долго по человеческим меркам, но практически мгновенно в пятимиллиардной истории Солнечной системы. Это сделало бы их открытие счастливой случайностью.

Частые вопросы о кольцах Харикло

Что такое Харикло и где она находится в Солнечной системе? Харикло — кентавр, то есть представитель класса небольших тел Солнечной системы, которые обращаются между планетами-гигантами, в данном случае между Сатурном и Ураном. При радиусе около 125 километров это крупнейший из известных кентавров. На нынешнем расстоянии этому телу требуется примерно 63 года, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца.

Как вообще были открыты кольца Харикло? Их нашли в июне 2013 года, когда наземные обсерватории по всей Южной Америке наблюдали, как Харикло проходит перед фоновой звездой. Вместо одного провала в яркости звезды телескопы зарегистрировали пять провалов: один основной, когда само тело Харикло перекрыло звезду, и по два меньших с каждой стороны — по одному на каждое кольцо. Об открытии было объявлено в Nature в 2014 году.

Точно ли изменение колец Харикло реально? Данные JWST показывают явную разницу в непрозрачности колец по сравнению с более ранними измерениями. Определить, отражает ли это реальные изменения массы и структуры колец или частично объясняется разными длинами волн, на которых наблюдали JWST и наземные телескопы, пока не удалось. В статье обе возможности представлены явно, и авторы рекомендуют дальнейшие наблюдения JWST, чтобы их разделить.

Могут ли кольца Харикло исчезнуть? Если изменения отражают реальное перераспределение или потерю массы и если процесс продолжится с сопоставимой скоростью, кольца могут существенно ослабнуть за сроки от столетий до тысячелетий. На основе имеющихся данных предсказать время жизни колец сейчас невозможно. Что текущие данные действительно подтверждают, так это то, что кольцевая система Харикло не находится в стабильном равновесии.

Есть ли другие кольцевые системы вокруг малых тел Солнечной системы? Небольшое число кандидатных кольцевых структур было обнаружено у других транснептуновых объектов и кентавров методом звёздных покрытий, но кольца Харикло остаются наиболее чётко охарактеризованными. У Квавара, транснептунового объекта, наличие кольца было подтверждено в 2023 году, а у Хирона — ещё одного кентавра — в нескольких наборах данных покрытий видны признаки, согласующиеся с кольцевым материалом.

Следующий подтверждённый шаг: исследовательская группа определила будущие звёздные покрытия Харикло, для которых можно спланировать наведения JWST, — по крайней мере одно возможное событие в 2027 году. Наблюдения на нескольких ближних инфракрасных длинах волн позволили бы проверить, зависит ли разница в непрозрачности от размера частиц, а многоэпохальная кампания могла бы определить, продолжает ли плотность C1R расти или она стабилизировалась. Ответы определят, представляют ли кольца Харикло мгновенный снимок формирования колец в процессе или систему на ранней стадии распада.

Ссылка: Сантос-Санс и др., «JWST stellar occultation reveals unexpected changes in Chariklo’s ring system», Science Advances, 2026. DOI: 10.1126/sciadv.aeh4794

Теги: JWST, Science Advances, centaur, Chariklo, planetary rings, stellar occultation