stringtranslate.com

Резонансный транснептуновый объект

В астрономии резонансным транснептуновым объектом является транснептуновый объект (TNO), находящийся в орбитальном резонансе среднего движения с Нептуном . Орбитальные периоды резонансных объектов находятся в простых целочисленных отношениях с периодом Нептуна, например, 1:2, 2:3 и т. д. Резонансные ТНО могут быть либо частью основного населения пояса Койпера , либо более удаленной популяцией рассеянного диска . . [1]

Распределение

Распределение транснептуновых объектов. Объекты, занимающие более сильные резонансы, выделены красным.

Диаграмма иллюстрирует распределение известных транснептуновых объектов. Резонансные объекты показаны красным цветом. Орбитальные резонансы с Нептуном отмечены вертикальными полосами: 1:1 — положение орбиты Нептуна и его троянов ; 2:3 обозначает орбиту Плутона и Плутиноса ; а 1:2, 2:5 и т. д. обозначают ряд меньших семей. Обозначения 2:3 или 3:2 относятся к одному и тому же резонансу для TNO. Здесь нет никакой двусмысленности, поскольку периоды ТНО по определению длиннее, чем у Нептуна. Использование зависит от автора и области исследования.

Источник

Детальные аналитические и численные исследования резонансов Нептуна показали, что объекты должны иметь относительно точный диапазон энергий. [2] [3] Если большая полуось объекта находится за пределами этих узких диапазонов, орбита становится хаотичной с широко меняющимися элементами орбиты. Когда были обнаружены TNO, было обнаружено, что более 10% из них находятся в резонансах 2:3, что далеко от случайного распределения. Сейчас считается, что объекты были собраны с больших расстояний за счет резонансов во время миграции Нептуна. [4] Задолго до открытия первого ТНО было высказано предположение, что взаимодействие между планетами-гигантами и массивным диском мелких частиц посредством передачи углового момента заставит Юпитер мигрировать внутрь, а Сатурн, Уран и особенно Нептун — наружу. . В течение этого относительно короткого периода времени резонансы Нептуна охватят пространство , захватывая в резонанс объекты на первоначально изменяющихся гелиоцентрических орбитах. [5]

Известные популяции

Резонанс 1:1 (трояны Нептуна, период ~164,8 года)

Было обнаружено несколько объектов, следующих по орбитам с большой полуосью, подобной орбите Нептуна, вблизи точек лагранжа Солнце – Нептун . Эти трояны Нептуна , названные по аналогии с троянскими астероидами (Юпитера) , находятся в резонансе 1:1 с Нептуном. По состоянию на февраль 2020 года известно 28 объектов. [6] [7] Только 5 объектов находятся вблизи точки Лагранжа L 5 Нептуна , и идентификация одного из них ненадежна; остальные расположены в области L 4 Нептуна . [8] [7] Кроме того, (316179) 2010 EN 65 представляет собой так называемый «прыгающий троян», в настоящее время переходящий от либрации вокруг L 4 к либрации вокруг L 5 через область L 3 . [9]

Ведущие трояны на L 4
Следование троянам на L 5

Резонанс 2:3 («плутино», период ~247,94 года)

Движения Оркуса (серый цвет) и Плутона (красный цвет) во вращающейся системе отсчета с периодом, равным периоду обращения Нептуна ( удерживая Нептун неподвижным)
Плутон и его спутники (вверху) в сравнении по размеру, альбедо и цвету с Оркусом и Иксионом .

Резонанс 2:3 на расстоянии 39,4 а.е. на сегодняшний день является доминирующей категорией среди резонансных объектов. По состоянию на февраль 2020 года в него входят 383 подтвержденных и 99 возможных членов (например, (175113) 2004 PF 115 ). [6] Из этих 383 подтвержденных плутино орбиты 338 зафиксированы в ходе моделирования, проведенного Deep Ecliptic Survey . [7] Объекты, следующие по орбитам в этом резонансе, называются плутино в честь Плутона , первого такого открытого тела. Большие пронумерованные плутино включают:

Резонанс 3:5 (период ~275 лет)

По состоянию на февраль 2020 года подтверждено, что 47 объектов находятся в орбитальном резонансе 3:5 с Нептуном на расстоянии 42,5 а.е. Среди пронумерованных объектов: [7] [6]

Резонанс 4:7 (период ~290 лет)

Другая группа объектов вращается вокруг Солнца на расстоянии 43,7 а.е. (среди классических объектов ). Объекты довольно малы (за двумя исключениями, H >6) и большинство из них движется по орбитам, близким к эклиптике . [7] По состоянию на февраль 2020 года орбиты 55 резонансных объектов с соотношением 4:7 были зафиксированы с помощью Deep Ecliptic Survey. [6] [7] К объектам с четко установленными орбитами относятся: [7]

Резонанс 1:2 («дватинос», период ~330 лет)

Этот резонанс на расстоянии 47,8 а.е. часто считают внешним краем пояса Койпера , а объекты в этом резонансе иногда называют двойками . Twotinos имеют наклон менее 15 градусов и обычно умеренный эксцентриситет от 0,1 до 0,3. [10] Неизвестное количество резонансов 2:1, вероятно, возникло не в планетезимальном диске, который был охвачен резонансом во время миграции Нептуна, а было захвачено, когда они уже были рассеяны. [11]

Объектов в этом резонансе гораздо меньше, чем плутино. Архив Джонстона насчитывает 99, а моделирование Deep Ecliptic Survey подтвердило 73 по состоянию на февраль 2020 года. [6] [7] Долгосрочная орбитальная интеграция показывает, что резонанс 1:2 менее стабилен, чем резонанс 2:3; Было обнаружено, что только 15% объектов в резонансе 1:2 пережили 4 миллиарда лет по сравнению с 28% плутино. [10] Следовательно, возможно, изначально двоетино было так же много, как и плутино, но с тех пор их популяция значительно упала ниже численности плутино. [10]

К объектам с четко установленными орбитами относятся (в порядке абсолютной величины ): [6]

Резонанс 2:5 (период ~410 лет)

По состоянию на февраль 2020 года имеется 57 подтвержденных объектов с резонансом 2:5. [6] [7]

К объектам с хорошо установленными орбитами на расстоянии 55,4 а.е. относятся:

Резонанс 1:3 (период ~500 лет)

По состоянию на февраль 2020 года в Архиве Джонстона насчитывается 14 резонансных объектов с соотношением 1:3 на расстоянии 62,8 а.е. [6] По данным Deep Ecliptic Survey, дюжина из них находится в безопасности: [7]

Другие резонансы

(523794) 2015 г. Орбита RR 245 либрирует в резонансе 2:9 с Нептуном .

По состоянию на февраль 2020 года для ограниченного числа объектов подтверждены следующие резонансы высших порядков: [7]

Хаумеа

Считается, что Хаумеа находится в периодическом орбитальном резонансе 7:12 с Нептуном. [13] Его восходящий узел прецессирует с периодом около 4,6 миллиона лет, и резонанс прерывается дважды за цикл прецессии, или каждые 2,3 миллиона лет, только для того, чтобы вернуться примерно через сто тысяч лет. [14] Марк Бюи квалифицирует его как нерезонансный. [15]

Случайные и истинные резонансы

Одна из проблем заключается в том, что могут существовать слабые резонансы, которые будет трудно доказать из-за нынешней недостаточной точности определения орбит этих далеких объектов. Многие объекты имеют орбитальный период более 300 лет, и большинство из них наблюдались только в течение относительно короткой дуги наблюдения в несколько лет. Из-за их большого расстояния и медленного движения на фоне звезд могут пройти десятилетия, прежде чем орбиты многих из этих далеких орбит будут определены достаточно хорошо, чтобы с уверенностью подтвердить, является ли резонанс истинным или просто случайным . Истинный резонанс будет плавно колебаться, тогда как случайный, близкий к резонансу, будет циркулировать. [ нужна ссылка ] (см. «К формальному определению»)

Моделирование Емельяненко и Киселевой в 2007 году показывает, что (131696) 2001 XT 254 либрирует в резонансе 3:7 с Нептуном. [16] Эта либрация может быть стабильной в течение периода от 100 миллионов до миллиардов лет. [16]

Орбитальный период 2001 XT 254 вокруг резонанса Нептуна 3:7 (2,333).

Емельяненко и Киселева также показывают, что (48639) 1995 TL 8, по-видимому, имеет менее 1% вероятности находиться в резонансе 3:7 с Нептуном, но совершает обращения вблизи этого резонанса . [16]

Орбитальный период TL 8 1995 года не соответствовал резонансу Нептуна 3:7 (2,333).

К формальному определению

Классы ТНО не имеют общепринятых точных определений, границы часто неясны, а понятие резонанса не определено точно. Исследование глубокой эклиптики представило формально определенные динамические классы, основанные на долгосрочной интеграции орбит при комбинированных возмущениях от всех четырех планет-гигантов. (см. также формальное определение классического КБО )

Вообще говоря, резонанс среднего движения может включать не только орбитальные периоды вида

где p и q — маленькие целые числа, λ и λ N — соответственно средние долготы объекта и Нептуна, но могут также включать долготу перигелия и долготу узлов ( элементарные примеры см. в разделе «Орбитальный резонанс »).

Объект является резонансным, если для некоторых малых целых чисел (p,q,n,m,r,s) аргумент (угол), определенный ниже, является либрирующим (т.е. ограничен): [17]

где – долготы перигелиев , а – долготы восходящих узлов для Нептуна (с индексами «N») и резонансного объекта (без индексов).

Термин «либрация» обозначает здесь периодическое колебание угла вокруг некоторого значения и противопоставляется циркуляции , при которой угол может принимать все значения от 0 до 360°. Например, в случае Плутона резонансный угол либрирует около 180° с амплитудой около 86,6° градусов, т.е. угол периодически меняется от 93,4° до 266,6°. [18]

Все новые плутино, обнаруженные в ходе Глубокого обзора эклиптики, оказались типа

похоже на резонанс среднего движения Плутона.

В более общем смысле, этот резонанс 2:3 является примером резонансов p:(p+1) (например, 1:2, 2:3, 3:4), которые, как оказалось, приводят к стабильным орбитам. [4] Их резонансный угол равен

В этом случае важность резонансного угла можно понять, заметив, что когда объект находится в перигелии, т. е . тогда

т.е. дает меру расстояния перигелия объекта от Нептуна. [4] Объект защищен от возмущений, удерживая его перигелий далеко от Нептуна, при условии, что либрирует под углом, далеким от 0°.

Методы классификации

Поскольку элементы орбиты известны с ограниченной точностью, неопределенности могут привести к ложноположительным результатам (т. е. к классификации орбиты как резонансной, которая таковой не является). Недавний подход [19] рассматривает не только текущую наиболее подходящую орбиту, но и две дополнительные орбиты, соответствующие неопределенностям данных наблюдений. Проще говоря, алгоритм определяет, будет ли объект по-прежнему классифицироваться как резонансный, если его фактическая орбита отличается от наиболее подходящей орбиты из-за ошибок наблюдений. Три орбиты численно интегрированы за период в 10 миллионов лет. Если все три орбиты остаются резонансными (т.е. аргумент резонанса является либрирующим, см. формальное определение), классификация как резонансного объекта считается безопасной. [19] Если только две из трех орбит либрируют, объект классифицируется как вероятно находящийся в резонансе. Наконец, если только одна орбита проходит тест, отмечается близость резонанса, чтобы стимулировать дальнейшие наблюдения для улучшения данных. [19] Два крайних значения большой полуоси, используемые в алгоритме, определены как соответствующие неопределенностям данных не более 3 стандартных отклонений . Такой диапазон значений полуоси должен, при ряде допущений, снизить вероятность выхода фактической орбиты за пределы этого диапазона до менее 0,3%. Метод применим к объектам, наблюдения которых охватывают не менее 3-х оппозиций. [19]

Рекомендации

  1. ^ Хан, Джозеф М.; Малхотра, Рену (ноябрь 2005 г.). «Миграция Нептуна в возбужденный пояс Койпера: подробное сравнение моделирования с наблюдениями». Астрономический журнал . 130 (5): 2392–2414. arXiv : astro-ph/0507319 . Бибкод : 2005AJ....130.2392H. дои : 10.1086/452638. S2CID  14153557.
  2. ^ Малхотра, Рену (январь 1996 г.). «Структура фазового пространства вблизи резонансов Нептуна в поясе Койпера» (PDF) . Астрономический журнал (препринт). 111 : 504. arXiv : astro-ph/9509141 . Бибкод : 1996AJ....111..504M. дои : 10.1086/117802. hdl : 2060/19970021298. S2CID  41919451. Архивировано (PDF) из оригинала 23 июля 2018 г. - через сервер технических отчетов НАСА .
  3. ^ Чан, Э.И.; Джордан, AB (декабрь 2002 г.). «О Плутиносах и Тутиносах пояса Койпера». Астрономический журнал . 124 (6): 3430–3444. arXiv : astro-ph/0210440 . Бибкод : 2002AJ....124.3430C. дои : 10.1086/344605. S2CID  13928812.
  4. ^ abc Малхотра, Рену (июль 1995 г.). «Происхождение орбиты Плутона: последствия для Солнечной системы за пределами Нептуна». Астрономический журнал . 110 (1): 420–429. arXiv : astro-ph/9504036 . Бибкод : 1995AJ....110..420M. дои : 10.1086/117532. hdl : 2060/19970005091. S2CID  10622344 — через Интернет-архив .
  5. ^ Малхотра, Рену ; Дункан, Мартин Дж.; Левисон, Гарольд Ф. (май 2000 г.). «Динамика пояса Койпера» (PDF) . В Мэннингсе, Винсент; Босс, Алан П .; Рассел, Сара С. (ред.). Протозвезды и планеты IV (препринт). Серия «Космическая наука». Издательство Университета Аризоны. п. 1231. arXiv : astro-ph/9901155 . Бибкод : 2000prpl.conf.....M. ISBN 978-0816520596. LCCN  99050922. Архивировано (PDF) из оригинала 11 августа 2017 г. - через Лунную и Планетарную лабораторию .
  6. ↑ abcdefgh Архив Джонстона (27 декабря 2019 г.). «Список известных транснептуновых объектов (и других объектов внешней Солнечной системы)».
  7. ^ abcdefghijk Буи, М.В. «Классификация объектов глубокой эклиптической съемки» . Проверено 9 ноября 2019 г.
  8. ^ «Список троянов Нептуна». Центр малых планет . 10 июля 2017 года . Проверено 4 августа 2017 г.
  9. ^ де ла Фуэнте Маркос, К.; де ла Фуэнте Маркос, Р. (ноябрь 2012 г.). «Четыре временных коорбитали Нептуна: (148975) 2001 XA255, (310071) 2010 KR59, (316179) 2010 EN65 и 2012 GX17». Астрономия и астрофизика . 547 : 7.arXiv : 1210.3466 . Бибкод : 2012A&A...547L...2D. дои : 10.1051/0004-6361/201220377. S2CID  118622987.(вращающаяся рамка)
  10. ^ abc М. Тискарено; Р. Малхотра (2009). «Хаотическая диффузия резонансных объектов пояса Койпера». Астрономический журнал . 194 (3): 827–837. arXiv : 0807.2835 . Бибкод : 2009AJ....138..827T. дои : 10.1088/0004-6256/138/3/827. S2CID  1764121.
  11. ^ Ликавка, Патрик София и Мукаи, Тадаши (июль 2007 г.). «Динамическая классификация транснептуновых объектов: исследование их происхождения, эволюции и взаимосвязи». Икар . 189 (1): 213–232. Бибкод : 2007Icar..189..213L. дои : 10.1016/j.icarus.2007.01.001.
  12. ^ Мэтью Дж. Холман; Мэтью Дж. Пейн; Уэсли Фрейзер; Педро Ласерда; Мишель Т. Баннистер; Майкл Лакнер; Ин-Дун Чен; Син Вен Линь; Кеннет В. Смит; Розита Кокотанекова; Дэвид Янг; К. Чемберс; С. Частель; Л. Денно; А. Фицсиммонс; Х. Флюэллинг; Томми Грав; М. Хубер; Ник Индуни; Рольф-Петер Кудрицкий; Алекс Кролевски; Р. Джедике; Н. Кайзер; Э. Лилли; Э. Манье; Закари Марк; К. Дж. Мич; М. Микели; Дэниел Мюррей; Алекс Паркер; Павлос Протопапас; Дарин Рагозин; Питер Верес; Р. Вейнскот; К. Уотерс; Р. Верик (2018). «Объект класса карликовая планета в резонансе 21:5 с Нептуном». Письма астрофизического журнала . 855 (1). L6, 1 марта 2018 г. arXiv : 1709.05427 . Бибкод : 2018ApJ...855L...6H. дои : 10.3847/2041-8213/aaadb3 .
  13. ^ Д. Рагоцзин; М. Е. Браун (4 сентября 2007 г.). «Кандидаты в члены и оценка возраста семейства объекта пояса Койпера 2003 EL 61 ». Астрономический журнал . 134 (6): 2160–2167. arXiv : 0709.0328 . Бибкод : 2007AJ....134.2160R. дои : 10.1086/522334. S2CID  8387493.
  14. ^ Марк В. Буи (25 июня 2008 г.). «Подгонка орбиты и астрометрическая запись для 136108». Юго-Западный научно-исследовательский институт (отдел космических наук). Архивировано из оригинала 18 мая 2011 г. Проверено 2 октября 2008 г.
  15. ^ «Орбита и астрометрия 136108». www.boulder.swri.edu . Проверено 14 июля 2020 г.
  16. ^ abc Емельяненко, В.В.; Киселева, Е.Л. (2008). «Резонансное движение транснептуновых объектов на орбитах с высоким эксцентриситетом». Письма по астрономии . 34 (4): 271–279. Бибкод : 2008AstL...34..271E. дои : 10.1134/S1063773708040075. S2CID  122634598.
  17. ^ Дж. Л. Эллиот, С. Д. Керн, К. Б. Клэнси, А. А. С. Гулбис, Р. Л. Миллис, М. В. Бьюи, Л. Х. Вассерман, Э. И. Чан, А. Б. Джордан, Д. Е. Триллинг и К. Дж. Мич. Исследование глубокой эклиптики: поиск объектов пояса Койпера и кентавров. II. Динамическая классификация, плоскость пояса Койпера и основная популяция. The Astronomical Journal, 129 (2006), стр. препринт. Архивировано 23 августа 2006 г. в Wayback Machine.
  18. ↑ Марк Буи (12 ноября 2019 г.), Подгонка орбиты и астрометрическая запись для 134340, заархивировано из оригинала 11 ноября 2019 г.
  19. ^ abcd Б. Гладман; Б. Марсден; К. ВанЛэрховен (2008). Номенклатура во внешней Солнечной системе . Бибкод : 2008ssbn.book...43G. ISBN  9780816527557. {{cite book}}: |journal=игнорируется ( помощь )

дальнейшее чтение