谐振柯伊伯带天体


平均运动共振

一个令人惊讶的观测结果是,许多柯伊伯带天体位于或接近海王星平均运动谐振或叫共振轨道(MMR, mean motion resonance)。这意味着天体的轨道周期和海王星轨道周期的比是整数之比。比如,冥王星是在3:2 MMR, 也就是说它围绕太阳转两圈的时间内,海王星转了三圈。“谐振”意味着柯伊伯带天体和行星在空间上的固定排列被不断重复,重力扰动是周期性的,这加强了共振的动力学效应。

上图显示在太阳系外围天体偏心率随半长轴的变化。海王星的位置用一条垂直虚线表示。与海王星谐振的天体用蓝点表示。最密集的蓝点集中在3:2运动共振位置,这包括冥王星。

谐振起了稳定KBO轨道的作用。这是因为,谐振轨道保护了那些天体,以防它们太过接近海王星。在椭圆形轨道上,谐振天体可以接近海王星的轨道,但是从不接近行星本身。它们的近日点(离太阳的最小距离)总是避免海王星。事实上,众所周知,冥王星的轨道穿越到海王星轨道以内,但是两天体总是避免近距离接触。这一性质也被其它已知的类冥王星天体所共有(比如,1993 SB, 1994 TB, 1995 QY9). 这进一步加强了这些天体与冥王星在动力学上的相似之处。一些附近的,不具有共振轨道的天体变得分散开来,因为它们和海王星靠的太近。

为什么共振轨道,尤其3:2,会布满了KBO天体?一个令人兴奋的想法由雷努。马尔霍特拉(Renu Malhotra)提出,并进一步模拟出。建筑在早期的胡利奥。费尔南德斯(Julio Fernandez)工作的基础上,她认定,在太阳系的初期阶段,由于行星颗粒和行星角动量交换的结果,行星进行了远离太阳的径向迁移。在这一过程中,尤其天王星和海王星,由于轨道尺度的变化,将大量的彗星弹射到奥尔特云去。随着海王星向外迁移,其平均运动共振 (MMR) 轨道也被带着扫过周围的行星颗粒盘。


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