外行星系统的组成与起源：来自 Roche 临界密度的启示

我们考虑 Roche 临界密度（rho_Roche），即在给定距行星的距离处，环绕天体能够通过自引力维持自身完整的最小密度。它与更为人熟知的“Roche 极限”直接相关，后者是指给定密度的无强度环绕天体被潮汐力撕裂时距行星的距离。大量环的存在要求瞬态团块的内部密度小于 rho_Roche。反之，在存在丰富可供吸积的物质时，密度大于 rho_Roche 的环绕天体将会生长。通过比较 Saturn 和 Uranus 系统从以瓦解为主（环）快速转变为以吸积为主（卫星）时的 rho_Roche 值，我们推断组成 Uranus 环的物质可能比组成 Saturn 环的物质更具岩石性，且孔隙率更低。从 Jupiter 和 Neptune 最内侧环-卫星的高 rho_Roche 值，我们推断这些卫星可能由比预期更致密的物质组成，或者更有可能是它们在距行星更远处形成后向内迁移的闯入者，现在依靠内部材料强度维持在一起。最后，由八颗紧密排列的 Uranus 卫星组成的“Portia 群”的整体面密度与 Saturn 的 A 环相似。因此，它可以被视为一个以吸积为主的环系统，其特征与标准环系统相似，不同之处仅在于其物质的特征密度大于局部 rho_Roche。