SKBOs轨道演化的动力学模拟

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散射型Kuiper带天体简称SKBOs,是Kuiper带天体(KBOs)中的一种类型。KBOs是近十几年来在海王星外面新发现的一群类冰状天体。现今所观测到的KBOs大部分都处于30~50AU之间,少部分位于50AU之外根据猜测其最远可到达Oort云。根据其动力学特性,KBOs可以分为经典型(CKBOs)、共振型(RKBOs)和散射型(SKBOs)三种类型。SKBOs是随着1996TL66的发现而出现的,其主要特点是距太阳远,轨道偏心率大,轨道倾角高,主要分布于50AU到200AU,个别远达1000AU之外,其近日点距离在35AU附近。因怀疑它们的轨道是被海王星引力散射所致,故命名为散射Kuiper带天体。KBOs被认为是太阳系最初形成时留下的残骸,而SKBOs较其它两种类型的KBOs与太阳的距离更远,所以它们可能保留有太阳系形成时更原始的信息,因此,对它们的研究将有力于推动太阳系的形成和演化的研究。对SKBOs的轨道演化的模拟研究,旨在探索这类天体的起源,同时了解周期彗星的起源。 本论文的研究工作主要包括以下几部分:(1)根据目前观测到的SKBOs的最新数据,对其轨道特性进行分析,揭示出了SKBOs的轨道半长径、偏心率和轨道倾角的分布规律。(2)应用Hermite算法到太阳、海王星、冥王星、UB313和SKBOs所组成的Ⅳ体问题模型中,对目前观测到的具有确定轨道根数的138个SKBOs做了长达0.6×108年的时间前进时的轨道演化模拟和0.9×108年“逆时”模拟计算,目的是探求0.6×108年后和0.9×108年前SKBOs的分布状态。(3)采用正则混合变量辛积分的SWIFT积分器对138×7个虚拟粒子进行了10×108年的逆时轨道演化模拟,与前面的结果比较,进一步验证前面实验结果的正确性。 本文研究所得主要结果如下: (1) SKBOs中超过多数是非常稳定的,可能它们原来就在散射盘里,至少在10亿年时间内在那里。 (2)散射盘内部的一部分天体是被大行星俘获的更外部的天体,它们在近日点时曾与海王星轨道靠近。在它们向内迁移的过程中,偏心率减小。 (3) SKBOs的轨道演化与初始的偏心率有密切关系。 (4)现在观测的部分SKBOs可以向内迁移,有的能进入Kuiper带主带;部分向外迁移,有的将被散射出太阳系。一般向内迁移的天体的初始偏心率比向外的小。 (5) SKBOs轨道演化过程中倾角的变化不明显,SKBOs一般来说比经典Kuiper天体稳定。 总之,基本结论是:如果太阳系形成以来的45亿年内,大行星的分布结构未曾发生大的变化的话,散射盘中应有足够多的原始天体,它们可能是在太阳原始星云盘中凝结的星子,是Kuiper带向外延伸的更稀少物质成分。SKBOs的一部分可能来自大行星向外的散射,散射的数量会随积分时间的延长而增加;有一部分不稳定的SKBOs,来自更遥远的太阳系外部,即所谓Oort云的区域,因此不排除Oort云的存在。另外,当前所观测到SKBOs至少在将来的6000万年内不会有走近太阳而成为彗星,它们的近日距仍然在35AU附近。 本文不用假设初始条件的“逆时”模拟的研究方法不同于他人,因此,所得结果和基本结论比他人更科学、更可信。
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