ПИСЬМА В АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2008, том 34, № 4, с. 301-310
УДК 523.44
РЕЗОНАНСНОЕ ДВИЖЕНИЕ ТРАНСНЕПТУННЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОРБИТАХ С БОЛЬШИМИ ЭКСЦЕНТРИСИТЕТАМИ
© 2008 г. В. В. Емельяненко, Е. Л. Киселёва*
Южно-Уральский государственный университет, Челябинск Поступила в редакцию 11.04.2007 г.
В настоящее время известно, что значительная часть объектов пояса Эджворта-Койпера движется в резонансе с Нептуном (основные соизмеримости 1/2, 3/5, 2/3, 3/4). В данной работе найдено, что многие объекты далекой транснептунной области (большие полуоси орбит a > 50 а.е.) также совершают резонансное движение. Исследование основано на симплектическом интегрировании уравнений движения всех транснептунных объектов с a > 50 а.е., наблюдавшихся в нескольких оппозициях, с учетом неопределенностей исходных орбит. Найдены либрации вблизи соизмеримостей с Нептуном, таких как 4/9, 3/7, 5/12, 2/5, 3/8, 4/27 и других. При этом наибольшее число далеких транснептунных объектов движется вблизи резонанса 2/5 с Нептуном: 12 объектов совершают либрационное движение с вероятностью более 0.75. Многочисленность объектов, движущихся в резонансе 2/5, и длительная стабильность либрационного движения указывают на то, что образование этой группы резонансных объектов произошло на ранних стадиях формирования Солнечной системы. Для большинства других резонансных объектов либрационное движение является временным явлением. Показана также важность асимметричных резонансов в больших изменениях перигелийных расстояний орбит транснептунных объектов.
Ключевые слова: Солнечная система, транснептунные объекты, резонансы, эволюция орбит.
RESONANT MOTION OF TRANS-NEPTUNIAN OBJECTS IN HIGH-ECCENTRICITY ORBITS, by V. V. Emel'yanenko and E. L. Kiseleva. A substantial fraction of the Edgeworth—Kuiper belt objects are presently known to move in resonance with Neptune (the principal commensurabilities are 1/2, 3/5, 2/3, 3/4). We have found that many of the distant (with orbital semimajor axes a> 50 AU) trans-Neptunian objects (TNOs) also execute a resonant motion. Our study is based on symplectic integration of the equations of motion for all multiple-opposition TNOs with a> 50 AU with allowance made for the uncertainties in their initial orbits. We have found librations near such commensurabilities with Neptune as 4/9, 3/7, 5/12, 2/5, 3/8, 4/27, and others. The largest number of distant TNOs move near the 2/5 resonance with Neptune: 12 objects librate with a probability higher than 0.75. The multiplicity of objects moving near the 2/5 resonance and the long-term stability of their librations suggest that this group of resonant objects was formed at early formation stages of the Solar system. For most of the other resonant objects, the librations are temporary. We also show the importance of asymmetric resonances in the large changes in the perihelion distances of TNO orbits.
PACS numbers: 96.35.Cp
Key words: Solar system, trans-Neptunian objects, resonances, orbital evolution.
ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных особенностей структуры транснептунной области является существование в поясе Эджворта-Койпера класса объектов, движущихся в резонансе с Нептуном. По современным оценкам резонансные объекты составляют
Электронный адрес: kleo@susu.ac.ru
приблизительно 10% от общего числа объектов с большими полуосями а < 50 а.е. (Труджилло и др., 2001). Наиболее многочисленной является группа объектов, движущихся в резонансе 2/3, хотя надежно отождествлены также объекты, совершающие движение в резонансах 1/2, 3/5, 4/7, 4/5, 3/4, 5/9, 1/1 (Несворны, Рой, 2000, 2001). Характерной особенностью этих объектов (за исключением тро-
янцев Нептуна) являются относительно большие эксцентриситеты орбит по сравнению с другими объектами пояса Эджворта—Койпера. Предполагается, что основные динамические особенности данного класса сформировались при захвате объектов в резонансные зоны в процессе миграции Нептуна (Малхотра, 1995).
В транснептунной области существует также класс объектов, движущихся по орбитам с а > 50 а.е. и большими эксцентриситетами. Оценка их общего числа является затруднительной в настоящее время, поскольку предсказать количество объектов на удаленных орбитах (например, как у объекта Седна) сложно. Однако уже сейчас понятно, что этот класс объектов является, по крайней мере, не менее многочисленным, чем пояс Эджворта—Койпера. В ряде предыдущих работ (Малхотра, 1995; Несворны, Рой, 2000, 2001; Чанг и др., 2003) было отмечено, что некоторые объекты с а > 50 а.е. также совершают движение в резонансе с Нептуном. Насколько типичным является резонансное движение далеких транснептунных объектов и каковы его динамические особенности? Ответ на этот вопрос является актуальным для решения многих проблем происхождения и эволюции Солнечной системы.
В частности, транснептунные объекты на орбитах с большими эксцентриситетами рассматриваются в настоящее время как основной источник комет семейства Юпитера (Фернандес, 1980; Данкен, Левисон, 1997; Левисон, Данкен, 1997; Морбиделли, 1997; Емельяненко и др. 2004). Вопрос о резонансном характере движения этих объектов является определяющим для оценки темпов перехода транснептунных объектов в околоземное пространство. Для описания движения в резонансе Ц полезным является введение критического аргумента ф = ]Ы — ]'(MN + ^ + ^ — ш — О), где М — средняя аномалия, ш — аргумент перигелия, О — долгота восходящего узла орбиты объекта, а соответствующие элементы с индексом N относятся к орбите Нептуна. Движение, при котором критический аргумент совершает колебания в пределах конечного интервала, длина которого меньше 360°, называется либрационным. Если же критический аргумент является монотонной функцией времени, то говорят о циркуляционном движении. Если амплитуда либрационных изменений критического аргумента мала, то гелиоцентрические радиус-векторы транснептунных объектов в перигелиях, где они могли бы сближаться с Нептуном, составляют значительный угол с радиус-вектором Нептуна. Поэтому при нахождении объекта глубоко в либрационной зоне тесные сближения невозможны, что препятствует захвату транснептунных объектов в планетную область. Наиболее известным примером такого рода является движение
Плутона в резонансе 2/3 с Нептуном, описанное в работе Коэна и Хаббарда (1965). В этом случае наименьшее расстояние между Плутоном и Нептуном составляет около 18 а.е., хотя перигелий орбиты Плутона находится внутри орбиты Нептуна. Если предположить, что большинство далеких транснептунных объектов совершает либрацион-ное движение, то предыдущие оценки вероятности миграции из внешней части Солнечной системы в околоземную область должны быть пересмотрены.
Вопрос об особенностях резонансного движения далеких транснептунных объектов является важным и для понимания процессов формирования структуры внешней части Солнечной системы. Связано ли резонансное движение этих объектов с процессами на ранней стадии формирования Солнечной системы, как предполагается для резонансных объектов пояса Эджворта—Койпера, или является временным явлением, отражающим относительно большую ширину либрационных зон для орбит с большими эксцентриситетами? Изучение этого вопроса может быть выполнено на основе исследования стабильности наблюдаемых либрационных движений.
Однако возможности решения указанных проблем ограничены недостаточной точностью орбит обнаруженных транснептунных объектов с а> 50 а.е. Информация о резонансном характере движения, сообщаемая на основе орбиты, определенной из наблюдений, часто является недостоверной, поскольку ошибки орбит могут превышать даже размеры резонансных зон, особенно для соизмеримостей высоких порядков.
В данной работе предпринята попытка определить характер движения объектов с а > 50 а.е., используя современные данные о точности орбит далеких транснептунных объектов. Мы попытались оценить надежность заключений о либрационном, циркуляционном или типично стохастическом движении для всех объектов на орбитах с а > 50 а.е. Для объектов с наиболее надежными орбитами рассмотрены особенности их долговременной эволюции.
МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ
Для исследования были взяты орбиты с пери-гелийными расстояниями д > 30 а.е. и большими полуосями а > 50 а.е. согласно данным Центра малых планет (http://cfa-www.harvard.edu) на 3 октября 2006 г. Предварительный анализ подтвердил, что для транснептунных объектов, наблюдавшихся только в одной оппозиции, неопределенность орбит слишком велика для того, чтобы делать какие-либо заключения об их резонансном движении. Вследствие этого изучалось
Таблица. Транснептунные объекты с а > 50 а.е. вблизи резонансов с Нептуном
Обозначение Резонанс д, а. е. г, ° 0~а Р1
2003 1Ш17 2/5 32.5 7.5 0.043 1.00
2002 ОР32 2/5 32.0 1.6 0.035 1.00
(69988) 1998 \VA31 2/5 31.5 9.5 0.037 1.00
(60621) 2000 ЕЕ8 2/5 33.1 5.9 0.106 1.00
(38084) 1999 НВ12 2/5 32.6 13.1 0.039 1.00
(26375) 1999 ОЕ9 2/5 32.3 7.6 0.020 1.00
(131696) 2001 ХТ254 3/7 35.9 0.5 0.035 1.00
2000 БК331 2/5 31.1 4.3 0.023 1.00
(119068) 2001 КС77 2/5 35.4 12.9 0.036 0.99
(95625) 2002 0X32 3/7 33.1 13.9 0.048 0.99
(135571) 2002 0032 2/5 35.9 14.7 0.115 0.98
2004 Е096 2/5 32.1 16.2 0,180 0.92
(119878) 2002 СУ224 5/12 35.3 15.7 0.036 0.84
(82075) 2000 У\У134 3/8 41.2 19.8 0.047 0.84
(136120) 2003 Ь07 1/3 32.4 20.1 0.099 0.79
1999 Я\]2\4 2/5 36.6 4.3 0.123 0.79
2004 РВ112 4/27 35.4 15.5 0.198 0.77
2001 Х0254 2/5 31.1 7.1 0.051 0.75
2001 К076 4/9 34.1 1.5 0.110 0.72
1999 СУ118 3/7 37.6 5.5 0.102 0.66
(79978) 1999 СС158 5/12 39.1 18.7 0.056 0.60
2005 Е0297 1/3 41.2 25.0 0,361 0.48
2002 0231 6/13 38.4 1.1 0.084 0.44
2001 КУ76 2/7 34.3 15.3 0.644 0.41
2004 ОЛ71 3/7 32.7 11.3 0,482 0.41
1998 ХУ95 8/25 37.2 6.7 0.088 0.35
(84522) 2002 ТС302 2/5 39.0 35.1 0.139 0.33
(126619) 2002 СХ154 3/11 38.0 16.0 0.074 0.31
2003 У0179 1/5 37.2 20.9 0.401 0.28
2001 ЕМ 194 5/12 34.3 28.6 0.259 0.19
2000 СО 105 8/21 34.6 19.7 0.261 0.18
1999 02118 2/15 37.7 27.7 1.122 0.17
1999 1У215 4/11 34.7 19.7 0.068 0.16
2001 0\У297 4/9 39.5 17.0 0.189 0.13
2003 Ь
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.