《外太陽系高傾角小天體的動力學演化》是依託南京大學，由黎健擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：外太陽系高傾角小天體的動力學演化
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：黎健
- 依託單位：南京大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在外太陽系中，相當數量的 Kuiper 帶小天體及之相關的半人馬型和達摩克型小行星都運行在高傾角（甚至逆行）軌道上，它們對行星系統的形成和演化理論提出了極大的挑戰。本項目系統地研究這些高傾角小天體的動力學演化，內容包括：(1) 在引入傾角後，Kuiper 帶小天體新的(平運動、長期、Kozai)共振特徵；(2) 分析高傾角 Kuiper 帶小天體的動力學穩定性，在軌道根數空間中（特別是傾角）構建穩定性地圖；(3) 在行星遷移（共振俘獲、散射）和混沌擴散兩種機制中，各種動力學類型的高傾角小天體的軌道轉移過程；(4) 半人馬型和達摩克型小行星的形成，及其與 Kuiper 帶小天體、木星族彗星、哈雷族彗星等的聯繫。通過本項目的研究，對高傾角在小天體軌道行為中的作用給出一個全景式的研究結果，為解決高傾角的起源這一外太陽系動力學中的重大難題提供突破口，進而揭示類木行星的演化歷史和原星子盤的空間分布。
結題摘要
本項目研究了太陽系動力學中的一個前沿課題，即在引入（高）傾角後，小天體新的動力學性質，包括：平運動共振和長期共振、軌道穩定性、引力攝動、角動量分布等，繼而探討了高傾角小天體可能的分布和未來的觀測策略。此外，還研究了相關的天體力學基礎理論。通過四年的研究工作，完成論文5篇，其中3篇已正式發表（2篇A&A，1篇RAA），另外1篇A&A文章已審稿、正在修改中，還有1篇已經投稿至MNRAS。同時還積極開展了國內、國際學術交流。 本項目取得的主要研究結果有：（1）我們和美國西北大學的夏志宏教授合作，建立了一個超過70萬顆小行星在內的資料庫（包含軌道和多種物理參數），分析了（各類）小天體的角動量分布，特別是那些處於高傾角軌道上的，指出了其對行星系統形成和演化過程的限制；此外，大大的提高了太陽系不變平面空間指向的精度。（2）在工作（1）的基礎上，建立了木星特洛伊小天體的“弧模型”，估計了它們的總質量、以及對行星和（自然、人造）衛星的引力攝動，這對我國未來的深空探測任務有著潛在的套用價值。（3）當前觀測到的第一顆地球特洛伊小天體（2010 TK7）也處於高傾角軌道上，通過分析各種長期共振、以及Yorkovsky效應對這類小天體的軌道穩定性的影響，對它們可能的形成區域、軌道構型、大小等都作出了限制。（4）利用一種適用於高傾角的半分析方法，研究了處於經典Kuiper帶中心位置的4:7共振小天體，在偏心率-傾角空間給出了一條理論極限曲線，這解釋了4:7共振小天體當前的奇特軌道分布，並為將來觀測各類高階共振小天體提供了理論預測。依此結果，我們與“外太陽系起源計畫”研究組合作，申請利用Subaru望遠鏡觀測Kuiper帶小天體。（5）在非線性天體力學基礎理論方面，我們研究了“太陽-火星”系統在木星攝動下的弱穩定性，給出了平面雙圓型限制性四體問題在極坐標中的運動方程，揭示了火星附近的弱穩定區域的尺度和結構，其可以被用來設計火星探測器的低能量轉移軌道。此外，這也可能是（高傾角）小天體的一種混沌轉移機制。
