2022年4月27日,星期三

冥王星的轨道非常令人惊讶,高度混乱

这些结果可能对外部太阳系及其轨道动力学的未来研究有影响。

冥王星在太阳周围完成一个轨道需要248年。它的轨道路径不在与八个行星的同一平面上,但倾斜的角度为17°。冥王星的异常轨道也比行星的椭圆形或椭圆形更具椭圆形或椭圆形。

现在被认为是矮行星,由于其古怪而神秘的性质,冥王星一直是许多科学家的关注主题。几项研究解释了其轨道。一项新的研究表明,冥王星的轨道在更长的时间尺度上相对稳定,但会受到混乱的扰动和较短时间尺度的变化。

这项研究是由路易丝·福卡·马歇尔科学研究教授雷努·马尔霍特拉(Renu Malhotra)博士进行的亚利桑那大学的月球和行星实验室(LPL);千叶理工学院行星勘探研究中心(PERC)和日本计算机天体物理学中心国家天文学观测中心(PERC)的副教授Takashi Ito。

科学家证明了轨道建筑巨型行星位于狭​​窄的利基市场中,其中冥王星样轨道实际上在Gigayear TimeScales上是稳定的,而附近的是强烈的混乱轨道。

冥王星过去和未来的轨道的许多模拟都发现了一个令人震惊的特征,可防止冥王星与海王星相撞。“这是被称为“平均运动共振”的轨道共振条件,今天告诉Malhotra博士。

“这种情况确保了何时冥王星与海王星相同的地中心度距离,其经度距离距离海王星’后来发现了冥王星轨道的另一个奇特的特性:冥王星来到海王星轨道飞机上方的位置;这是一种不同类型的轨道共振,称为“ VZLK振荡”。这种缩写指的是von Zeipel,Lidov和Kozai,他们研究了这种现象作为“三体问题”的一部分。”

科学家使用冥王星轨道的数值模拟已有五亿年了太阳系他们研究的未来。尤其是,他们希望解决有关冥王星和其他冥王星大小物体的特殊轨道的未解决问题。特别是,他们希望解决有关冥王星和其他冥王星大小物体的特殊轨道的未解决问题。

以前试图用新理论解决这些问题的研究取得了有限的成功。在这一假设中,冥王星被海王星拉入了当前的平均运动共振,该谐振在太阳系的早期历史

该理论预测了其他Trans-Neptunian对象(TNOS)将具有与Plutinos相同的共振条件,通过发现大量的plutinos证实。由于这种启示,星球迁移的想法现在被更广泛地接受。

Malhotra博士解释说,“冥王星的轨道倾斜度与其VZLK振荡密切相关。因此,我们认为,如果我们能更好地理解冥王星VZLK振荡的条件,也许我们可以解决其倾向的奥秘。我们首先研究了冥王星轨道上其他巨型行星(木星,土星和天王星)的个人角色。”

Malhotra博士和ITO博士通过运行冥王星轨道历史的计算机模拟多达50亿年来做到这一点。它包括八个巨型行星扰动的潜在组合。这些N体模拟中的相互作用包括:

  • 海王星(-np)
  • 天王星和海王星(–unp)
  • 土星和海王星(-s-NP)
  • 木星和海王星(J – NP)
  • 土星,天王星和海王星(-sunp)
  • 木星,天王星和海王星(J-UNP)
  • 木星,土星和海王星(JS-NP)
  • 木星,土星,天王星和海王星(jsunp)

Malhotra博士今天告诉宇宙,,,,“我们发现内部三个巨型行星的子集都不会为恢复冥王星的VZLK振荡而做;这三个 - 木星,土星, 和天王星- 是必要的。但是,这些行星对冥王星的VZLK振荡至关重要的是什么?在冥王星上代表木星,土星和天王星的重力需要21个参数。这是一个非常大的参数空间。”

科学家通过引入一些简化来简化这些计算。他们用均匀密度的圆环代表每个行星,总质量等于行星,环半径等于行星与太阳的平均距离。

这产生了一个代表的单个参数木星,土星和天王星(J2),相当于烈日的影响。

马尔霍特拉博士说,“我们发现了巨型行星的质量和轨道的偶然布置,在J2参数中描绘了一个狭窄的范围,其中冥王星的VZLK振荡是可能的,这是一种'Goldilock的区域。该结果表明,在太阳系历史上的行星迁移时代,跨纳普尼亚物体的条件以将其中的许多(包括冥王星)推向VZLK振荡状态的方式发生了变化。冥王星的倾向可能起源于这种动态进化。”

“我认为我们的工作为将当今的太阳能系统和历史连接起来带来了新的希望太阳系动力学。整个太阳系(包括TNO)的小行星轨道倾斜的起源(包括TNO)提出了一个主要的未解决问题。也许我们的工作会激发更多的关注。”

该研究可能对外部太阳系及其轨道动态的未来研究具有重要意义。进一步的研究可以帮助天文学家更多地了解巨型行星的迁移历史以及他们最终如何陷入当前的轨道。这也可能导致发现一种新型的动力学机制,该机制将解释冥王星轨道和其他具有高轨道倾斜的物体的起源。

期刊参考:

  1. Renu Malhotra和Takashi Ito。冥王星在混乱的边缘附近。doi:10.1073/pnas.2118692119

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