本文關(guān)鍵詞：海王星特洛伊小行星動(dòng)力學(xué)研究　出處：《南京大學(xué)》2012年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：海王星特洛伊天體(Neptune Trojan,下文簡稱NT)是新發(fā)現(xiàn)的除主帶小行星、木星特洛伊天體以及柯伊伯帶之外的第四個(gè)小行星聚集區(qū)。從2003年報(bào)告的第一例至今共有8個(gè)被確認(rèn),引起了廣泛的關(guān)注。對其進(jìn)行的研究包含了諸如顏色,大小的分布,軌道穩(wěn)定性,起源等等方面。其中關(guān)于其高傾角軌道與低傾角軌道接近4：1的高比例問題一直沒有得到很好的解釋。目前普遍認(rèn)為高傾角軌道的形成不是行星構(gòu)型相對固定后的動(dòng)力學(xué)演化的結(jié)果,而是在行星形成初期的遷移過程中俘獲所致。這一機(jī)制認(rèn)為遷移過程中海王星的1：1共振俘獲了星子盤上的星子,由于遷移過程導(dǎo)致的混沌,該區(qū)域允許處于激發(fā)軌道的小行星自由出入,在遷移過程逐漸平息的過程中,一些暫時(shí)位于1：1共振區(qū)域中的小行星被冷凍在當(dāng)時(shí)的軌道上從而形成了現(xiàn)在所觀測到的高傾角NT。這里涉及到兩個(gè)問題：1.被冷凍的小行星處于高傾角兼高偏心率的激發(fā)狀態(tài),動(dòng)力學(xué)研究證明現(xiàn)在的構(gòu)型下偏心率大于0.1的那部分小行星將很難存活至今,他們的軌道壽命很短；2.即使這樣的機(jī)制能俘獲一部分高傾角的小行星,其數(shù)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠解釋如此高比例的高傾角天體。 本文的第二章針對上述問題提出了一個(gè)新的思路。根據(jù)之前的研究結(jié)果,海王星1：1共振區(qū)域被一些次級共振,以及包括Lidov-Kozai共振,長期共振等等動(dòng)力學(xué)機(jī)制所刻畫,尤其是天王星與海王星的近2：1共振對海王星特洛伊小天體的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)有著很強(qiáng)的影響。在這些機(jī)制的影響下,NT可能在軌道根數(shù)空間發(fā)生緩慢的漂移擴(kuò)散。另一方面,從行星遷移末期至今,海王星和天王星的相對位置可能由于殘余星子盤的作用,以及一些隨機(jī)效應(yīng)(如天王星的自轉(zhuǎn)軸方向所暗示的碰撞過程)等等發(fā)生過細(xì)微的變化,這一變化會(huì)影響到天王星與海王星的近2：1共振的強(qiáng)度和頻率。我們通過數(shù)值模擬的手段,探索了近2：1共振強(qiáng)度和頻率的微小改變對整個(gè)1：1共振區(qū)域的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響,并檢查了小行星在相應(yīng)的位形下軌道擴(kuò)散的速度以及強(qiáng)度的不同。結(jié)果顯示隨近2：1共振的增強(qiáng),NT的穩(wěn)定區(qū)域減小,在2：1共振精確發(fā)生時(shí),NT將在短時(shí)間內(nèi)被清空。軌道擴(kuò)散確實(shí)在不同的近2：1頻率下普遍存在,但當(dāng)近2：1共振較強(qiáng)時(shí),小行星的不穩(wěn)定性增大,在穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)的擴(kuò)散被抑制；而當(dāng)近2：1共振較弱時(shí),可以有相當(dāng)數(shù)量的小行星有軌道擴(kuò)散現(xiàn)象。尤其是當(dāng)近2：1共振弱到可以允許馬蹄形軌道的存在時(shí),在1：1共振內(nèi)軌道傾角的激發(fā)數(shù)量和傾角增幅都遠(yuǎn)大于其他情形。同時(shí)我們還簡單探討了馬蹄形軌道在海王星的遷移過程中被俘獲為蝌蚪形軌道的可能,使得這一圖像成為海王星高傾角軌道起源的一種解釋。 在本文的第三章里,我們詳細(xì)討論了最新的兩例NT：2008LC18以及2004KV18—也是僅有的兩個(gè)位于L5點(diǎn)附近的NT。通過在其3倍標(biāo)稱誤差范圍內(nèi)的產(chǎn)生的1000例克隆試驗(yàn)體軌道性質(zhì)的統(tǒng)計(jì)分析,我們發(fā)現(xiàn)： ·2004KV18是一個(gè)暫時(shí)的NT,它進(jìn)入NT軌道不超過2×105年,也不太可能繼續(xù)停留在NT區(qū)域超過1.65×105年。它的軌道性質(zhì)不能反應(yīng)海王星特洛伊這一天體群的軌道特性。其歸宿將可能是TNO天體。 ·2008LC18更像是一個(gè)典型的NT。在可能的軌道中,穩(wěn)定性與偏心率以及傾角關(guān)系不大,而與半長徑以及平經(jīng)度明顯相關(guān),未來更細(xì)致的觀測應(yīng)該會(huì)將其軌道確定在穩(wěn)定區(qū)域以內(nèi)。在該區(qū)域內(nèi)的軌道穩(wěn)定時(shí)間與太陽系年齡相當(dāng),軌道根數(shù)的時(shí)間演化也很規(guī)則。其傾角的規(guī)則演化,使我們認(rèn)為其高傾角(27.5°)不是通過后天的軌道擴(kuò)散獲得的。那些逃離出特洛伊區(qū)域的軌道往往都經(jīng)歷了較大的傾角變化,這使我們傾向于認(rèn)為它起源于俘獲機(jī)制。 在本文最后,總結(jié)了主要的結(jié)論之后,我們還對本文中沒有完全解決的兩點(diǎn)問題進(jìn)行了一些討論。一是類木行星的軌道遷移過程到底是導(dǎo)致小行星逃逸還是俘獲這一矛盾。二是關(guān)于4：1的高低傾角比例,由于質(zhì)量與傾角分布可能存在的相關(guān)性而導(dǎo)致選擇效應(yīng),如果消除了這一選擇效應(yīng)高低傾角天體的量將不會(huì)如此之懸殊。這也是以后的工作值得嘗試的方向。
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：P185

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