W 1655 roku młody, zaledwie 26-letni holenderski astronom Christiaan Huygens w piśmie dotyczącym badań Saturna zamieścił taki anagram: „aaaaaaacccccdeeeeeghiiiiiiillllmmnnnnnnnnnooooppqrrstttttuuuuu”.  Rozszyfrował go dopiero cztery lata później w traktacie „Systema Saturnium” (System Saturna), w którym przedstawił swój model w pełnym kształcie. Anagram oznaczał: „Annulo cingitur, tenui, plano, nusquam cohaerente, ad eclipticam inclinato”. Można to przetłumaczyć: jest on [Saturn] otoczony przez cienki, płaski dysk, który nigdzie go nie dotyka i jest nachylony do ekliptyki.

Chociaż pierścienie Saturna po raz pierwszy miał zaobserwować w 1610 roku sam Galileusz, to nie był on w stanie zidentyfikować poprawnie tego, co zobaczył. Sądził, że planeta ma „uszy” czy chwytak. Po pewnym czasie zrezygnował z tego wyjaśnienia i uznał, że zwyczajnie popełnił błąd, a żadnych „uszu” nie ma. Natomiast Jan Heweliusz widział w Saturnie planetę potrójną. Trzeba było genialnego Huygensa, by stwierdzić, że to, co Galileusz nazwał uszami, jest w rzeczywistości pierścieniami z gazu, lodu i kosmicznego gruzu.

Planety z pierścieniami – Jowisz, Saturn, Uran, Neptun

Teraz wiemy, że pierścienie planetarne, kiedyś uważane za charakterystyczne jedynie dla Saturna, istnieją wokół wszystkich olbrzymich planet gazowych naszego Układu Słonecznego. Pierścienie nie są obiektami stałymi, ale składają się z niezliczonych cząstek o rozmiarach od drobinek pyłu po małe księżyce. Skład i wielkość pierścieni poszczególnych planet różni się od siebie.

Jak wyglądają najbliższe planety z pierścieniami? Pierścienie Jowisza są cienkie i składają się z małych cząstek podobnych do pyłu. Pierścienie Saturna są szerokie, jasne, a od strony nasłonecznionej nieprzezroczyste. Główne pierścienie rozciągają się od 6630 km do 120700 km ponad równikiem planety, mają średnio około 20 do 100 metrów grubości. Ale na brzegach pierścienia A występują formacje wystające na trzy kilometry.
 
Uran ma niewidoczne z Ziemi, wąskie, ciemne pierścienie wśród szerokich pasów pyłu. Cechą charakterystyczną pierścieni wokół Neptuna jest pozornie niekompletny zewnętrzny pierścień, w którym można dostrzec wyraźnie jasne łuki.

Planety z pierścieniami – Ziemia

Należy zauważyć, że pierścienie nie stanowią jedynie ozdoby. Są skomplikowanymi systemami fizycznymi, lokalnymi laboratoriami kosmicznymi i analogią do innych systemów kosmicznych, takich jak galaktyki i dyski protoplanetarne, z których tworzą się planety.

Powszechne występowanie materii pierścieniowej wokół planet jest jednym z głównych odkryć naukowych ostatniego ćwierćwiecza. Nowe systemy pierścieni zostały odkryte zarówno przez sondy kosmiczne, jak i obserwatoria naziemne. Nawet wokół Ziemi – w punktach libracyjnych jej układu z Księżycem – znajdują się chmury pyłu, które mogą być pozostałościami po pierścieniu lub materią, której do uformowania się pierścienia nie wystarczyło. Odkryte w 1961 roku, nazywane są od nazwiska odkrywcy Obłokami Kordylewskiego.

Planety z pierścieniami – skąd się wzięły

Wygląd pierścieni i ich skład różnią się w zależności od planety z pierścieniami, a także w obrębie każdego systemu pierścieni. Pytanie: skąd się wzięły?

Powstały z pyłu i kosmicznego gruzu niewykorzystanego przez tworzącą się planetę, lecz utrzymywanego w pobliżu siłą jej grawitacji. Część materiału pochodzi też z rozerwanych księżyców. Do sytuacji rozerwania, czy wręcz zmiażdżenia księżyca dochodzi wtedy, gdy ten zbliży się do planety i przekroczy tzw. granicę Roche’a. Pojęcie pochodzi od nazwiska francuskiego astronoma Édouarda Roche’a, który pierwszy obliczył tę teoretyczną granicę.

Promień Roche’a wiąże się z układem dwóch ciał niebieskich o znacznej różnicy mas. A sama granica jest punktem, po przekroczeniu którego ciało o mniejszej masie, czyli satelita, może zostać rozerwane przez siły pływowe. W takiej sytuacji sama siła grawitacji nie utrzyma mniejszego ciała w całości. Ocenia się, że granica Roche’a wynosi od 2 do 3 promieni ciała o dużej masie.

Planety z pierścieniami – struktura

Wiemy już, że pierścienie nie są jednorodną formacją. Składają się z wielu mniejszych „obrączek” o zróżnicowanej charakterystyce, a nawet różnym pochodzeniu. Dzięki odkryciom sondy Cassini wiemy, że jeden z dziewięciu pierścieni Saturna – konkretnie słaby, rozległy pierścień E – jest zasilany przez aktywność geologiczną na Enceladusie, księżycu Saturna.

Pierścień ten składa się z  mikroskopijnych drobinek lodu i pyłu, które mają średnicę nie większą od mikrona (0,000001 metra). Pomimo tego rozciąga się na aż 302 tysiące kilometrów i ma około 10 tysięcy kilometrów grubości. W dodatku jest niebieski, przez co na pewno nie ma tego samego składu, co pozostałe pierścienie Saturna. Wszystko dlatego, że zasilają go pióropusze wody i lodowego błota wyrzucane przez Enceladusa.

Planety z pierścieniami – księżyce pasterskie

A skoro już o księżycach mowa, to należy wspomnieć o tych nazywanych pasterskimi. Są to satelity, które „wypasają” pierścienie, co w tym wypadku oznacza nadawanie kształtu pierścieniowi przez oddziaływania grawitacyjne. Najbardziej znanymi księżycami pasterskimi są:

  • Prometeusz i Pandora oraz Epimeteusz z Janusem w układzie Saturna, względem pierścienia F;
  • Kordelia i Ofelia w układzie Urana, wobec pierścienia epsilon;
  • Galatea w układzie Neptuna, wobec pierścienia Adamsa – oddziaływanie jej oraz przypuszczalnie innego, niezaobserwowanego księżyca, tworzy wspomniane łuki w zewnętrznym pierścieniu.

Planety z pierścieniami – egzoplanety

Pierścienie nie są charakterystyczne jedynie dla Układu Słonecznego. Jednak trudno je dostrzec w odległych układach planetarnych ze względu na ich słabą widzialność podczas transferu na tle gwiazdy. Jest jednak pewien wyjątek.

W 2012 roku grupa astronomów pod przewodnictwem Erika Mamajeka obserwowała transfer obiektu J1407b w gwiazdozbiorze Centaura. Był to gazowy olbrzym lub brązowy karzeł otoczony pierścieniami o epickiej wielkości. W 2015 nowe analizy pozwoliły wyodrębnić ponad 30 pierścieni, każdy szeroki na miliony kilometrów. Cały system pierścieni ma około 120 milionów kilometrów średnicy. To 200 razy więcej niż liczy średnica pierścieni Saturna. Gdyby J1407b miała zastąpić Saturna na naszym niebie, światło odbijane przez pierścienie planety zdominowałoby nocne, a nawet dzienne niebo na Ziemi.

Jak powstały tak olbrzymie pierścienie? Astronomowie nie mają jasnej odpowiedzi. Uważa się jednak, że tak ogromna ilość materii nie mogła powstać w wyniku skruszenia księżyców planety. Gdyby porównać to do Układu Słonecznego – należałoby skruszyć wszystkie księżyce Saturna i Jowisza, by uzyskać odpowiednią ilość materiału na pierścienie J1407b.