主带彗星的轨道分布


它们在哪里?

主带彗星的轨道见下图(点击可看大图)。不言而喻,主带彗星的轨道与附近的大量小行星类似。三颗位于3.2 AU附近,这其中的两颗的离心率与Themis族的成员一致,Themis族是由一颗老的、大的(直径大于300 km)被粉碎的小行星组成。这两颗主带彗星在十亿年的时间尺度上是动力学稳定的。这与其普通的外小行星带天体的身份一致。第四颗主带彗星,在2.7 AU附近,显现出动力学上的不同。积分表明它的轨道相对于行星扰动在时标的几千万年内是不稳定的。

图:此图给出了经典小行星的轨道分布(小黑点),横坐标是半长轴,纵坐标是轨道离心率。前四颗主带彗星的轨道用彩色圆标记已叠加在图上。图中的点线给出了近日距等于火星远日距的轨道位置(图中从左下到右上方的倾斜曲线)和远日距等于木星近日距的轨道位置。位于这个曲线之上的天体要么是穿越火星的天体,要么是穿越木星的天体,或者是两者都是。这样的后果就是此类天体是动力学上短寿命的,因为一个或其它行星将会破坏他们。上图摘自Jewitt, Yang and Haghighipour(2009).

什么决定了轨道分布?

有以下几个相关因素:

在外小行星带,表面冰相对于内小行星带来说更加稳定,这是因为内小行星带的温度较高。前四个主带彗星中有三个位于外小行星带,或许就是这个原因。

暴露的冰的挥发必须足够猛烈达到抛射尘埃的程度,才能使这些目标被探测到。这符合反向趋势—靠近太阳的主带彗星将会挥发的更迅速,生成更多明显的彗发。然而,在4 AU附近的主带彗星的挥发将会很微弱并很难被探测到。

冰的存在也可能由于不同的排放序列,在不同距离的天体上。比如,一个强大的原始温度梯度穿越整个主带,这意味着主带内部区域的天体不可能包含冰(如果冰存在,那么它将会融化,与硅酸盐作用形成含水矿物)。

动力学稳定性也影响分布。133P和176P在亿年的时间段内比较稳定,但P/2008 R1是不稳定的, P/2005 U1也可能是不稳定的。这些不稳定的天体一定是最近才到达它们当前的位置的,之前它们在一个比较稳定的地方。很可能这个地方距离太阳比较远,这样才能使表面冰存在。或许P/2008 R1是最近从一个与133P轨道近似的地方逃逸出来的。

如果一些主带彗星是一个被撞击母体的碎片(在Themis族或处于Themis族之内的更小的、年轻的Beagle族里)那么它们的轨道分布将会反映出其母体的轨道特征。

问题

什么才是主带彗星“真正”的轨道分布?我们知道的四颗太少以至于不能正确的描绘它们的轨道,更糟的是,它们的发现是在特征描述不足的巡视条件下发现的,这还不足以摆脱偏差(如,176P具有一个与133P非常类似的轨道,但我们是在专门设计用于搜索类似于133P轨道的目标情况下意外发现它的)。这是“在路灯下面寻找钥匙”的现象,因为在黑暗中你能找到钥匙的唯一地方只能是被路灯照亮的地方。相对无偏差的巡视不久将成为可能,在这种情况下,主带彗星会在预先没有假定它们的轨道根数的前提下被探测到。但这种方法仍然存在灵敏极限,这意味着弱的目标和间歇活动的目标很容易被错过。


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