stringtranslate.com

Резонансный транснептуновый объект

В астрономии резонансный транснептуновый объект — это транснептуновый объект (ТНО) в среднем орбитальном резонансе 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 основной популяции пояса Койпера , либо более отдаленной популяции рассеянного диска . [1]

Распределение

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

Диаграмма иллюстрирует распределение известных транснептуновых объектов. Резонансные объекты показаны красным цветом. Орбитальные резонансы с Нептуном отмечены вертикальными полосами: 1:1 отмечает положение орбиты Нептуна и его троянцев ; 2:3 отмечает орбиту Плутона и плутино ; а 1:2, 2:5 и т. д. отмечают ряд меньших семейств. Обозначения 2:3 или 3:2 оба относятся к одному и тому же резонансу для транснептуновых объектов. Здесь нет двусмысленности, поскольку транснептуновые объекты по определению имеют периоды, более длинные, чем у Нептуна. Использование зависит от автора и области исследования.

Источник

Подробные 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 орбитальными элементами. Когда были обнаружены транснептуновые объекты, было обнаружено, что более 10% находятся в резонансах 2:3, что далеко от случайного распределения. Сейчас считается, что объекты были собраны с более широких расстояний с помощью резонансов во время миграции Нептуна. [4] Задолго до открытия первого транснептунового объекта предполагалось, что взаимодействие между гигантскими планетами и массивным диском мелких частиц посредством передачи углового момента заставит Юпитер мигрировать внутрь и заставит Сатурн, Уран и особенно Нептун мигрировать наружу. В течение этого относительно короткого периода времени резонансы Нептуна будут охватывать пространство, захватывая объекты на изначально изменяющихся гелиоцентрических орбитах в резонанс. [5]

Известные популяции

Резонанс 1:1 (троянцы Нептуна, период 164,7 года)

Несколько объектов были обнаружены по орбитам с полуосями, похожими на оси Нептуна, вблизи Солнца — точек Лагранжа Нептуна . Эти троянцы Нептуна , названные по аналогии с троянскими астероидами (Юпитера) , находятся в резонансе 1:1 с Нептуном. По состоянию на февраль 2020 года известно 28 таких 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 — это 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
По следам троянов на L 5

2:3 резонанс («плутинос», период 247,0 лет)

Движения Орка (серого цвета) и Плутона (красного цвета) во вращающейся системе отсчета с периодом, равным орбитальному периоду Нептуна (при неподвижном Нептуне)
Плутон и его спутники (вверху) в сравнении по размеру, альбедо и цвету с Оркусом и Иксионом

Резонанс 2:3 в 39,4 а.е. является, безусловно, доминирующей категорией среди резонансных объектов. По состоянию на февраль 2020 года он включает 383 подтвержденных и 99 возможных членов-тел (например, (175113) 2004 PF 115 ). [6] Из этих 383 подтвержденных плутино, 338 имеют свои орбиты, зафиксированные в моделировании, проведенном Deep Ecliptic Survey . [7] Объекты, следующие орбитам в этом резонансе, называются плутино в честь Плутона , первого такого обнаруженного тела. Крупные, пронумерованные плутино включают:

Резонанс 3:5 (период 274,5 года)

По состоянию на февраль 2020 года подтверждено, что 47 объектов находятся в орбитальном резонансе 3:5 с Нептуном на расстоянии 42,2 а.е. Среди пронумерованных объектов есть: [7] [6]

Резонанс 4:7 (период 288,2 года)

Другая популяция объектов вращается вокруг Солнца на расстоянии 43,6 а.е. (в середине классических объектов ). Объекты довольно малы (за двумя исключениями, H >6), и большинство из них следуют орбитам, близким к эклиптике . [7] По состоянию на февраль 2020 года , 55 4:7-резонансных объектов имели свои орбиты, зафиксированные Deep Ecliptic Survey. [6] [7] Объекты с хорошо установленными орбитами включают: [7]

1:2 резонанс («twotinos», период 329,4 года)

Этот резонанс в 47,7 а.е. часто считается внешним краем пояса Койпера , а объекты в этом резонансе иногда называют twotinos . Twotinos имеют наклон менее 15 градусов и, как правило, умеренные эксцентриситеты между 0,1 и 0,3. [10] Неизвестное количество резонансов 2:1, вероятно, не возникло в планетезимальном диске, который был охвачен резонансом во время миграции Нептуна, а были захвачены, когда они уже были рассеяны. [11]

В этом резонансе гораздо меньше объектов, чем плутино. Архив Джонстона насчитывает 99, в то время как 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 млрд лет по сравнению с 28% плутино. [10] Следовательно, возможно, что изначально тутино были столь же многочисленны, как плутино, но с тех пор их популяция значительно сократилась по сравнению с плутино. [10]

Объекты с хорошо известными орбитами включают (в порядке убывания абсолютной величины ): [6]

Резонанс 2:5 (период 411,7 лет)

По состоянию на февраль 2020 года имеется 57 подтверждённых объектов с резонансом 2:5 на расстоянии 55,3 а.е. [6] [7]

Объекты с четко установленными орбитами на расстоянии 55,4 а.е. включают в себя:

Резонанс 1:3 (период 494,1 года)

Архив Джонстона насчитывает 14 объектов с резонансом 1:3 по состоянию на февраль 2020 года на расстоянии 62,5 а.е. [6] Дюжина из них находится в безопасности по данным Deep Ecliptic Survey: [7]

Другие резонансы

(523794) Орбита RR 245 2015 года совершает либрационные колебания в резонансе 2:9 с Нептуном

По состоянию на февраль 2020 года для ограниченного числа объектов подтверждены следующие резонансы более высокого порядка: [7]

Хаумеа

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

Случайные и истинные резонансы

Одной из проблем является то, что слабые резонансы могут существовать и их будет трудно доказать из-за текущей неточности в орбитах этих далеких объектов. Многие объекты имеют орбитальные периоды 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 относительно фоновых звезд могут пройти десятилетия, прежде чем многие из этих далеких орбит будут определены достаточно хорошо, чтобы уверенно подтвердить, является ли резонанс истинным или просто совпадением . Истинный резонанс будет плавно колебаться, в то время как совпадающий близкий резонанс будет циркулировать. [ необходима ссылка ] (См. К формальному определению)

Моделирование Емельяненко и Киселевой в 2007 году показало, что (131696) 2001 XT 254 совершает либрацию в резонансе 3:7 с Нептуном. [16] Эта либрация может быть стабильной в течение менее 100 миллионов или 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 нахождения в резонансе 3:7 с Нептуном, но он совершает циркуляции вблизи этого резонанса . [16]

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

К формальному определению

Классы TNO не имеют общепринятых точных определений, границы часто неясны, а понятие резонанса не определено точно. Deep Ecliptic Survey ввел формально определенные динамические классы, основанные на долгосрочной прямой интеграции орбит под комбинированными возмущениями от всех четырех гигантских планет. (см. также формальное определение классического KBO )

В общем случае резонанс среднего движения может включать не только орбитальные периоды вида

где p и q — малые целые числа, λ и λ N — соответственно средние долготы объекта и Нептуна, но могут также включать долготу перигелия и долготы узлов ( см. орбитальный резонанс для элементарных примеров)

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

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

Термин либрация здесь обозначает периодическое колебание угла вокруг некоторого значения и противопоставляется циркуляции , где 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 изменяется от 93,4° до 266,6°. [18]

Все новые плутино, обнаруженные в ходе Deep Ecliptic Survey, оказались того 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 было доказано, приводят к устойчивым орбитам. [4] Их резонансный угол равен

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

т.е. дает меру расстояния перигелия объекта от Нептуна. [4] Объект защищен от возмущения, удерживая свой перигелий вдали от Нептуна, при условии, что он совершает либрации вокруг угла, далекого от 0°.

Методы классификации

Поскольку элементы орбиты известны с ограниченной точностью, неопределенности могут привести к ложным срабатываниям (т. е. классификации как резонансной орбиты, которая таковой не является). Недавний подход [19] рассматривает не только текущую наилучшую орбиту, но и две дополнительные орбиты, соответствующие неопределенностям наблюдательных данных. Проще говоря, алгоритм определяет, будет ли объект по-прежнему классифицироваться как резонансный, если его фактическая орбита отличается от наилучшей подходящей орбиты в результате ошибок в наблюдениях. Три орбиты численно интегрируются за период в 10 миллионов лет. Если все три орбиты остаются резонансными (т. е. аргумент резонанса либрирует, см. формальное определение), классификация как резонансного объекта считается надежной. [19] Если либрируют только две из трех орбит, объект классифицируется как вероятно находящийся в резонансе. Наконец, если только одна орбита проходит тест, отмечается близость резонанса, чтобы поощрить дальнейшие наблюдения для улучшения данных. [19] Два крайних значения большой полуоси, используемые в алгоритме, определяются как соответствующие неопределенности данных не более 3 стандартных отклонений . Такой диапазон значений полуоси должен, с рядом допущений, уменьшить вероятность того, что фактическая орбита находится за пределами этого диапазона, до менее 0,3%. Метод применим к объектам с наблюдениями, охватывающими не менее 3 противостояний. [19]

Ссылки

  1. ^ Хан, Джозеф М.; Малхотра, Рену (ноябрь 2005 г.). «Миграция Нептуна в возбужденный пояс Койпера: подробное сравнение моделирования с наблюдениями». The Astronomical Journal . 130 (5): 2392–2414. arXiv : astro-ph/0507319 . Bibcode : 2005AJ....130.2392H. doi : 10.1086/452638. S2CID  14153557.
  2. ^ Малхотра, Рену (январь 1996 г.). «Структура фазового пространства вблизи резонансов Нептуна в поясе Койпера» (PDF) . The Astronomical Journal (препринт). 111 : 504. arXiv : astro-ph/9509141 . Bibcode : 1996AJ....111..504M. doi : 10.1086/117802. hdl : 2060/19970021298. S2CID  41919451. Архивировано (PDF) из оригинала 23 июля 2018 г. – через NASA Technical Report Server .
  3. ^ Chiang, EI; Jordan, AB (декабрь 2002 г.). «О плутино и тутинах пояса Койпера». The Astronomical Journal . 124 (6): 3430–3444. arXiv : astro-ph/0210440 . Bibcode : 2002AJ....124.3430C. doi : 10.1086/344605. S2CID  13928812.
  4. ^ abc Malhotra, Renu (июль 1995 г.). «Происхождение орбиты Плутона: последствия для Солнечной системы за пределами Нептуна». The Astronomical Journal . 110 (1): 420–429. arXiv : astro-ph/9504036 . Bibcode : 1995AJ....110..420M. doi : 10.1086/117532. hdl : 2060/19970005091. S2CID  10622344 – через Интернет-архив .
  5. ^ Malhotra, Renu ; Duncan, Martin J.; Levison, Harold F. (май 2000 г.). "Dynamics of the Kuiper Belt" (PDF) . В Mannings, Vincent; Boss, Alan P. ; Russell, Sara S. (ред.). Protostars and Planets IV (препринт). Space Science Series. University of Arizona Press. стр. 1231. arXiv : astro-ph/9901155 . Bibcode :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 внешних объектов Солнечной системы)».
  7. ^ abcdefghijk Buie, MW "The Deep Ecliptic Survey Object Classifications" . Получено 9 ноября 2019 г. .
  8. ^ "Список троянцев Нептуна". Minor Planet Center . 10 июля 2017 г. Получено 4 августа 2017 г.
  9. ^ de la Fuente Marcos, C.; de la Fuente Marcos, R. (ноябрь 2012 г.). "Четыре временных со-орбитали Нептуна: (148975) 2001 XA255, (310071) 2010 KR59, (316179) 2010 EN65 и 2012 GX17". Астрономия и астрофизика . 547 : 7. arXiv : 1210.3466 . Bibcode :2012A&A...547L...2D. doi :10.1051/0004-6361/201220377. S2CID  118622987.(вращающаяся рамка)
  10. ^ abc M. Tiscareno; R. Malhotra (2009). "Хаотическая диффузия резонансных объектов пояса Койпера". The Astronomical Journal . 194 (3): 827–837. arXiv : 0807.2835 . Bibcode : 2009AJ....138..827T. doi : 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. doi :10.1016/j.icarus.2007.01.001.
  12. ^ Мэтью Дж. Холман; Мэтью Дж. Пейн; Уэсли Фрейзер; Педро Ласерда; Мишель Т. Баннистер; Майкл Лакнер; Ин-Тун Чен; Хсин Вэнь Линь; Кеннет У. Смит; Розита Кокотанекова; Дэвид Янг; К. Чемберс; С. Шастель; Л. Денно; А. Фицсиммонс; Х. Флюэллинг; Томми Грав; М. Хубер; Ник Индуни; Рольф-Питер Кудрицкий; Алекс Кролевски; Р. Джедик; Н. Кайзер; Э. Лилли; Э. Манье; Захари Марк; К. Дж. Мич; М. Микели; Дэниел Мюррей; Алекс Паркер; Павлос Протопапас; Дэрин Рагоццин; Питер Верес; Р. Уэйнскоут; К. Уэйнскот; Р. Верик (2018). «Объект класса карликовых планет в резонансе 21:5 с Нептуном». Письма в Astrophysical Journal . 855 (1). L6 1 марта 2018 г. arXiv : 1709.05427 . Bibcode : 2018ApJ...855L...6H. doi : 10.3847/2041-8213/aaadb3 .
  13. ^ D. Ragozzine; ME Brown (2007-09-04). "Кандидаты в члены и оценка возраста семейства объектов пояса Койпера 2003 EL 61 ". The Astronomical Journal . 134 (6): 2160–2167. arXiv : 0709.0328 . Bibcode : 2007AJ....134.2160R. doi : 10.1086/522334. S2CID  8387493.
  14. ^ Марк В. Буйе (2008-06-25). "Орбитальная подгонка и астрометрическая запись для 136108". Юго-западный научно-исследовательский институт (Отдел космических наук). Архивировано из оригинала 2011-05-18 . Получено 2008-10-02 .
  15. ^ "Орбита и астрометрия для 136108". www.boulder.swri.edu . Получено 2020-07-14 .
  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. ^ JL Elliot, SD Kern, KB Clancy, AAS Gulbis, RL Millis, MW Buie, LH Wasserman, EI Chiang, AB Jordan, DE Trilling и KJ Meech The Deep Ecliptic Survey: A Search for Kuiper Belt Objects and Centaurs. II. Динамическая классификация, плоскость пояса Койпера и основная популяция. The Astronomical Journal, 129 (2006), стр. препринт Архивировано 23 августа 2006 г. на Wayback Machine
  18. ↑ Марк Буйе (12 ноября 2019 г.), Orbit Fit and Astrometric record for 134340, архивировано из оригинала 11 ноября 2019 г.
  19. ^ abcd B. Gladman; B. Marsden; C. VanLaerhoven (2008). Номенклатура во внешней Солнечной системе . Bibcode :2008ssbn.book...43G. ISBN  9780816527557. {{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь )

Дальнейшее чтение