Rezonanční transneptunianský objekt - Resonant trans-Neptunian object

v astronomie, a rezonanční trans-Neptunian objekt je trans-Neptunian objekt (TNO) ve středním pohybu orbitální rezonance s Neptune. Orbitální období rezonančních objektů jsou v jednoduchých celočíselných vztazích s obdobím Neptuna, např. 1: 2, 2: 3 atd. Rezonanční TNO mohou být součástí hlavní sítě Kuiperův pás populace nebo vzdálenější rozptýlený disk počet obyvatel.^[1]

Rozdělení

Distribuce transneptunských objektů. Objekty zabírající silnější rezonance jsou červeně.

Diagram ilustruje distribuci známých transneptunských objektů. Rezonanční objekty jsou vykresleny červeně. Orbitální rezonance s Neptunem jsou označeny svislými pruhy: 1: 1 označuje polohu oběžné dráhy Neptuna trojské koně; 2: 3 označuje oběžnou dráhu Pluto a plutina; a 1: 2, 2: 5 atd. označují řadu menších rodin. Označení 2:3 nebo 3:2 oba odkazují na stejnou rezonanci pro TNO. Nejednoznačnost neexistuje, protože TNO mají ze své podstaty období delší než Neptunova. Využití závisí na autorovi a oblasti výzkumu.

Původ

Podrobné analytické a numerické studie Neptunových rezonancí ukázaly, že objekty musí mít relativně přesný rozsah energií.^[2][3] Pokud je objekt poloviční hlavní osa je mimo tyto úzké rozsahy, oběžná dráha se stává chaotickou a se značně se měnícími okružními prvky. Jak byly objeveny TNO, bylo zjištěno, že více než 10% je v rezonancích 2: 3, daleko od náhodného rozdělení. Nyní se věří, že objekty byly shromážděny ze širších vzdáleností pomocí rozsáhlých rezonancí během migrace Neptuna.^[4] Před objevením prvního TNO bylo navrženo, aby interakce mezi obří planety a masivní disk malých částic by, skrz moment hybnosti přenést, přimět Jupitera migrovat dovnitř a přimět Saturn, Uran a zejména Neptun migrovat ven. Během této relativně krátké doby by Neptunovy rezonance byly zametání prostor, zachycující objekty na původně se měnících heliocentrických drahách do rezonance.^[5]

Známé populace

Rezonance 1: 1 (Neptunské trojské koně, období ~ 165 let)

Několik předmětů bylo objeveno po oběžných drahách s polořadovkovými osami podobnými Neptunu poblíž slunce –Neptune Lagrangeovy body. Tyto Neptunské trojské koně, nazvané analogicky k (Jupiter) Trojské asteroidy, jsou v rezonanci 1: 1 s Neptunem. 28 je známo od února 2020:^[6][7]

Pouze 4 objekty jsou poblíž Neptunových L₅ Lagrangeův bod a identifikace jednoho z nich je nejistá; ostatní se nacházejí v Neptunu L₄ kraj.^[8][7]

Navíc, (316179) 2010 CS65 je takzvaný „skákající trojan“, který aktuálně přechází z librating around L₄ librovat kolem L₅ prostřednictvím L₃ kraj.^[9]

Rezonance 2: 3 („plutinos“, období ~ 250 let)

Pohyby Orcus a Pluto v otočný rám s obdobím rovným Neptune je oběžná doba (drží Neptuna v klidu)

Pluto a jeho měsíce (nahoře) ve srovnání s velikostí, albedo a barva s Orcus a Ixion

Rezonance 2: 3 při 39,4 AU je zdaleka dominantní kategorií mezi rezonančními objekty. K únoru 2020 zahrnuje 383 potvrzených a 99 možných členských orgánů (např (175113) 2004 PF115).^[6] Z těchto 383 potvrzených plutin má 338 zajištěné oběžné dráhy v simulacích prováděných Hluboký ekliptický průzkum.^[7] Objekty následující oběžné dráhy v této rezonanci jsou pojmenovány plutina po Pluto, objeveno první takové tělo. Mezi velká očíslovaná plutina patří:

Rezonance 3: 5 (období ~ 275 let)

V únoru 2020 bylo 47 objektů potvrzeno, že jsou v orbitální rezonanci 3: 5 s Neptunem. Mezi očíslovanými objekty jsou:^[7][6]

Rezonance 4: 7 (období ~ 290 let)

Další populace objektů obíhá kolem Slunce ve vzdálenosti 43,7 AU (uprostřed USA) klasické předměty ). Objekty jsou poměrně malé (až na dvě výjimky, H > 6) a většina z nich sleduje oběžné dráhy blízko k ekliptický.^[7] Od února 2020^{[Aktualizace]}„55 Rezonanční objekty 4: 7 mají své oběžné dráhy zajištěné pomocí Deep Ecliptic Survey.^[6][7] Mezi objekty s dobře zavedenými drahami patří:^[7]

Rezonance 1: 2 („twotinos“, období ~ 330 let)

Tato rezonance při 47,8 AU je často považována za vnější okraj z Kuiperův pás a objekty v této rezonanci jsou někdy označovány jako dvojčata. Dvojčata mají sklony menší než 15 stupňů a obecně střední výstřednosti mezi 0,1 a 0,3.^[10] Neznámý počet rezonancí 2: 1 pravděpodobně nepochází z planetesimálního disku, který byl během migrace Neptuna zameten rezonancí, ale byl zajat, když už byl rozptýlen.^[11]

V této rezonanci je mnohem méně objektů než plutinos. Johnstonův archiv má 99, zatímco simulace provedené Deep Ecliptic Survey potvrdily 73 k únoru 2020.^[6][7]Dlouhodobá orbitální integrace ukazuje, že rezonance 1: 2 je méně stabilní než rezonance 2: 3; pouze 15% objektů v rezonanci 1: 2 přežilo 4 Gyr ve srovnání s 28% plutinos.^[10] V důsledku toho by se mohlo stát, že twotinos byl původně stejně početný jako plutinos, ale jejich populace od té doby výrazně poklesla pod populaci plutinos.^[10]

Mezi objekty s dobře zavedenými oběžnými dráhami patří (v pořadí absolutní velikost ):^[6]

Rezonance 2: 5 (období ~ 410 let)

Od února 2020 existuje 57 potvrzených rezonančních objektů 2: 5.^[7][6]

Mezi objekty s dobře zavedenými drahami na 55,4 AU patří:

Rezonance 1: 3 (období ~ 500 let)

Johnstonův archiv počítá od února 2020 14 rezonančních objektů 1: 3.^[6] Tucet z nich je podle Deep Ecliptic Survey zabezpečeno:^[7]

Jiné rezonance

(523794) 2015 RR₂₄₅Librování orbity v rezonanci 2: 9 s Neptune

Od února 2020 jsou pro omezený počet objektů potvrzeny následující rezonance vyššího řádu:^[7]

Od roku 2007^{[Aktualizace]}, trpasličí planeta Haumea byla považována za rezonanci 7:12 (nominální oběžná dráha velmi pravděpodobně v rezonanci).^[13]Od roku 2019 však Buie klasifikuje Haumeu jako nerezonující.^[14]

Náhodné versus skutečné rezonance

Jednou z obav je, že mohou existovat slabé rezonance, které by bylo obtížné prokázat kvůli současné nedostatečné přesnosti oběžných drah těchto vzdálených objektů. Mnoho objektů má orbitální období více než 300 let a většina z nich byla pozorována pouze během relativně krátkého pozorování oblouk několika let. Vzhledem k jejich velké vzdálenosti a pomalému pohybu proti hvězdám v pozadí může trvat desítky let, než bude mnoho z těchto vzdálených drah určeno natolik dobře, aby bylo možné s jistotou potvrdit, zda je rezonance pravdivá nebo pouze náhoda. Skutečná rezonance bude plynule oscilovat, zatímco náhodná téměř rezonance bude kolovat.^{[Citace je zapotřebí ]} (Vidět Směrem k formální definici )

Ukazují to simulace Emel'yanenko a Kiseleva v roce 2007 (131696) 2001 XT254 libruje v rezonanci 3: 7 s Neptunem.^[15] Tato librace může být stabilní méně než 100 milionů až miliardy let.^[15]

Oběžné období 2001 XT₂₅₄ kolem rezonance Neptuna 3: 7 (2,333).

To ukazují také Emel'yanenko a Kiseleva (48639) 1995 TL8 Zdá se, že má méně než 1% pravděpodobnost rezonance s Neptunem v poměru 3: 7, ale má provádět cirkulace poblíž této rezonance.^[15]

Oběžná doba z 1995 TL8 chybí rezonance Neptuna 3: 7 (2,333).

Směrem k formální definici

Třídy TNO nemají všeobecně dohodnuté přesné definice, hranice jsou často nejasné a pojem rezonance není přesně definován. The Hluboký ekliptický průzkum představil formálně definované dynamické třídy založené na dlouhodobé dopředné integraci oběžných drah pod kombinovanými poruchami ze všech čtyř obřích planet. (viz také formální definice klasického KBO )

Obecně platí, že rezonance středního pohybu může zahrnovat nejen orbitální období formy

${ displaystyle { rm {p cdot lambda - { rm {q cdot lambda _ { rm {N}}}}}}}$

kde p a q jsou malá celá čísla, λ a λ_N jsou příslušně znamenají zeměpisné délky objektu a Neptunu, ale může také zahrnovat zeměpisná délka přísluní a délky uzly (vidět orbitální rezonance, pro základní příklady)

Objekt je rezonanční, pokud pro některá malá celá čísla (p, q, n, m, r, s) platí níže definovaný argument (úhel) librating (tj. je ohraničený):^[16]

${ displaystyle phi = { rm {p cdot lambda - { rm {q cdot lambda _ { rm {N}} - { rm {m cdot varpi - { rm {n cdot Omega - { rm {r cdot varpi _ { rm {N}} - { rm {s cdot Omega _ { rm {N}}}}}}}}}}} }}$

Kde ${ displaystyle varpi}$ jsou zeměpisné délky perihelií a ${ displaystyle Omega}$ jsou zeměpisné délky vzestupné uzly, pro Neptun (s dolními indexy „N“) a rezonančním objektem (bez dolních indexů).

Termín librace zde označuje periodickou oscilaci úhlu kolem určité hodnoty a je proti oběh kde úhel může nabývat všech hodnot od 0 do 360 °. Například v případě Pluta rezonanční úhel ${ displaystyle phi}$ libráty kolem 180 ° s amplitudou kolem 86,6 ° stupňů, tj. úhel se pravidelně mění z 93,4 ° na 266,6 °.^[17]

Všechna nová plutina objevená během Hluboký ekliptický průzkum se ukázal být typu

${ displaystyle phi = { rm {3 cdot lambda - { rm {2 cdot lambda _ { rm {N}} - varpi}}}}}$

podobně jako rezonance středního pohybu Pluta.

Obecněji je tato rezonance 2: 3 příkladem rezonancí p: (p + 1) (například 1: 2, 2: 3, 3: 4), u nichž se ukázalo, že vedly ke stabilním oběžným dráhám.^[4] Jejich rezonanční úhel je

${ displaystyle phi = { rm {p cdot lambda - { rm {q cdot lambda _ { rm {N}} - ({ rm {p - { rm {q) cdot varpi}}}}}}}}}$

V tomto případě je důležitost rezonančního úhlu ${ displaystyle phi ,}$ lze pochopit poznamenáním, že když je objekt v perihelionu, tj. ${ displaystyle lambda = varpi}$, pak

${ displaystyle phi = q cdot ( varpi - lambda _ { rm {N}})}$

tj. ${ displaystyle phi ,}$ udává míru vzdálenosti perihelionu objektu od Neptunu.^[4]Objekt je chráněn před rušením udržováním jeho perihelionu daleko od Neptunu ${ displaystyle phi ,}$ libráty kolem úhlu daleko od 0 °.

Klasifikační metody

Jelikož jsou orbitální prvky známé s omezenou přesností, mohou nejistoty vést k falešně pozitivní výsledky (tj. klasifikace jako rezonanční na oběžné dráze, která není). Nedávný přístup^[18] považuje nejen za aktuální nejvhodnější oběžnou dráhu, ale také dvě další oběžné dráhy odpovídající nejistotám pozorovacích údajů. Zjednodušeně řečeno, algoritmus určuje, zda by byl objekt stále klasifikován jako rezonanční, kdyby se jeho skutečná oběžná dráha lišila od oběžné dráhy nejvhodnější, jako výsledek chyb v pozorováních. Tyto tři dráhy jsou numericky integrovány po dobu 10 milionů let. Pokud všechny tři dráhy zůstanou rezonanční (tj. Argument rezonance je librating, viz formální definice ) je klasifikace jako rezonanční objekt považována za bezpečnou.^[18] Pokud librují pouze dvě ze tří oběžných drah, je objekt klasifikován jako pravděpodobně v rezonanci. Nakonec, pokud testem projde pouze jedna oběžná dráha, okolí rezonance je zaznamenána, aby podpořila další pozorování ke zlepšení dat.^[18] Zjistí se, že dvě extrémní hodnoty poloviční hlavní osy použité v algoritmu odpovídají nejistotám dat nejvýše 3 standardní odchylky. Takový rozsah poloosových hodnot by měl s řadou předpokladů snížit pravděpodobnost, že skutečná oběžná dráha je mimo tento rozsah, na méně než 0,3%. Tuto metodu lze použít na objekty s pozorováním trvajícími nejméně 3 opozice.^[18]

Reference

Další čtení

• John K. Davies; Luis H. Barrera, vyd. (03.08.2004). První dekadická revize Edgeworth-Kuiperova pásu. Springer. ISBN  1-4020-1781-2.
• E. I. Chiang; J. R. Lovering; R. L. Millis; M. W. Buie; L. H. Wasserman & K. J. Meech (červen 2003). „Rezonanční a sekulární rodiny Kuiperova pásu“. Země, Měsíc a planety. Springer Nizozemsko. 92 (1–4): 49–62. arXiv:astro-ph / 0309250. Bibcode:2003EM & P ... 92 ... 49C. doi:10.1023 / B: MOON.0000031924.20073.d0.
• E. I. Chiang; A. B. Jordan; R. L. Millis; M. W. Buie; L. H. Wasserman; J. L. Elliot; S. D. Kern; D. E. Trilling; K. J. Meech & R. M. Wagner (21.01.2003). "Okupace rezonancí v Kuiperově pásu: příklady rezonancí 5: 2 a trojských koní". Astronomický deník. 126 (1): 430–443. arXiv:astro-ph / 0301458. Bibcode:2003AJ .... 126..430C. doi:10.1086/375207.
• Renu Malhotra. „Kuiperův pás jako disk trosek“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 22. 10. 2005. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc) (jako HTML )