научная статья по теме ЗАХВАТ КОМЕТ ИЗ ОБЛАКА ООРТА НА ОРБИТЫ ГАЛЛЕЕВСКОГО ТИПА И ОРБИТЫ СЕМЕЙСТВА ЮПИТЕРА Астрономия

Текст научной статьи на тему «ЗАХВАТ КОМЕТ ИЗ ОБЛАКА ООРТА НА ОРБИТЫ ГАЛЛЕЕВСКОГО ТИПА И ОРБИТЫ СЕМЕЙСТВА ЮПИТЕРА»

АСТРОНОМИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК, 2007, том 41, № 3, с. 232-240

УДК 523.6

ЗАХВАТ КОМЕТ ИЗ ОБЛАКА ООРТА НА ОРБИТЫ ГАЛЛЕЕВСКОГО ТИПА И ОРБИТЫ СЕМЕЙСТВА ЮПИТЕРА

© 2007 г. Е. Е. Бирюков

Южно-Уральский государственный университет, Челябинск Поступила в редакцию 10.01.2006 г. После исправления 01.09.2006 г.

В работе исследуется захват комет на орбиты галлеевского типа и орбиты семейства Юпитера из почти параболического потока облака Оорта. Обнаружено два типа захвата на орбиты галлеевского типа. Первый тип заключается в том, что в результате тесных сближений с планетами-гигантами почти параболические орбиты эволюционируют в короткопериодические (с периодом обращения вокруг Солнца Р < 200 лет). Затем происходит очень медленное подтягивание кометных орбит во внутреннюю область Солнечной системы. Причем, перейти с короткопериодических орбит на орбиты комет галлеевского типа и семейства Юпитера могут только те кометы, перигелийные расстояния орбит которых q < 13 а. е. При втором типе захвата на первом этапе динамической эволюции под действием возмущений от Галактики перигелийные расстояния кометных орбит становятся довольно малыми (меньше 1.5 а. е.), затем в процессе диффузии происходит уменьшение больших полуосей. Захват происходит в среднем за 500 оборотов кометы вокруг Солнца, в то время как в первом случае - за 12500 оборотов. Обнаружено, что область с первоначальными перигелийными расстояниями орбит q > 4 а. е. является не менее важным источником комет галлеевского типа в сравнении с областью q < 4 а. е. Более половины комет галлеевского типа захватываются из почти параболического потока с q > 4 а. е. Анализ динамической эволюции объектов на короткопериодических орбитах показал, что распределение орбит кентавров хорошо согласуется с наблюдаемым распределением с учетом эффектов наблюдательной селекции. Таким образом, следует отклонить гипотезу, связывающую происхождение кентавров только с поясом Эджворта-Койпера и транс-нептунной областью.

PACS:96.30-t, 96.30.Cw, 96.25.Bd, 96.25.De

ВВЕДЕНИЕ

Наблюдаемые кометы подразделяются на два класса: короткопериодические кометы с периодом обращения вокруг Солнца P < 200 лет и долгоперио-дические кометы с P > 200 лет. Короткопериодические кометы в свою очередь подразделяют на две основные группы: кометы семейства Юпитера (КСЮ) и кометы галлеевского типа (КГТ). Кометы семейства Юпитера движутся на орбитах с P < 20 лет и параметром Тиссерана Т5 > 2. У комет галлеевского типа период обращения вокруг Солнца 20 < Р < 200 лет и параметр Тиссерана Т5 < 2. В данной работе рассматривается захват комет на орбиты галлеевского типа и кометы семейства Юпитера с перигелийным расстоянием орбит q < 1.5 а. е. Большинство исследователей (Fernandez и др., 2002; Levison, Duncan, 1997) показали, что пояс Эджворта-Койпера обеспечивает необходимый поток объектов с малыми наклонами орбит для формирования комет семейства Юпитера. Для формирования КГТ необходим другой источник объектов с большими наклонами орбит. Это вызвано тем, что на галлеевских орбитах наблюдаются объекты с обратным орбитальным движением, в то время как у объектов, захваченных из пояса Эджворта-Койпе-

ра, малый наклон орбит. Этим источником может быть облако Оорта.

В 1950 г. Оорт предположил, что источником комет с периодом обращения вокруг Солнца более 200 лет является сферически симметричное облако, расположенное на расстоянии более 10000 а. е. от Солнца. Оно содержит 1012-1013 комет, движущихся по почти параболическим орбитам. Основная масса облака Оорта образована планетезималями, выброшенными при аккумуляции планет большей частью из зон питания Урана и Нептуна. Weissman и Levison (1997) полагают, что 0.8% массы облака могло прийти из области внутри орбиты Юпитера. Под действием проходящих около Солнца звезд, галактического потока и гигантских молекулярных облаков некоторые кометы облака Оорта устремляются внутрь Солнечной системы, в планетную область (Duncan и др., 1987; Bailey, 1983). Земным наблюдениям доступна именно эта часть объектов облака Оорта.

В современной кометной астрономии неоднократно исследовался захват комет на орбиты галлеевского типа (Emel'yanenko, Bailey, 1997; Napier и др., 2004; Levison и др., 2001). Однако в этих работах не рассматривались способы захвата на короткопериодические орбиты, а также не учиты-

Таблица 1. Вероятность захвата на орбиты КСЮ и КГТ из почти параболического потока облака Оорта

Пределы изменения начальных значений перигелийных расстояний, а. е. я-захват д-захват

КГТ КСЮ КГТ КСЮ

0-4 Модель 1 0.0031 0.0007 0.0058 0.0003

Модель 2 0.0035 0.0008 0.0043 0

4-6 Модель 1 0.0018 0.0013 0.0001 0.0001

Модель 2 0.0013 0.0009 0 0

6-10.5 Модель 1 0.0004 0.0002 0.0001 0

Модель 2 0.0003 0.0002 0 0

10.5-18 Модель 1 0.0003 0.0001 0.0001 0

Модель 2 0.0003 0.0001 0 0

18-31 Модель 1 0.0002 0.0002 0.0001 0

Модель 2 0 0.0002 0.0001 0

валось, что поток комет в планетной области растет с увеличением перигелийных расстояний орбит (Fernandez, Ip, 1991; Zheng и др., 1996; Ма-зеева, 2007). В данной работе исследуется захват комет на орбиты галлеевского типа с учетом этих особенностей.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И МЕТОДЫ ЕЕ РЕШЕНИЯ

Для исследования было взято 5 х 104 объектов на почти параболических орбитах из внешнего облака Оорта, распределенных случайным образом. Большие полуоси орбит комет распределены равномерно в пределах (10000, 30000 а. е.). Наклоны орбит равномерно по cos i в пределах (-1,1), аргументы перигелия и восходящего узла равномерно распределены по i в пределах (0°, 360°). Первоначальные перигелийные расстояния находились внутри планетной области, которая была разбита на 5 промежутков: (0, 4 а. е.), (4, 6 а. е.), (6, 10.5 а. е.), (10.5, 18 а. е.), (18, 31 а. е.). В каждой области по 10000 орбит с равномерным распределением по перигелийному расстоянию в пределах каждого промежутка. В начальный момент времени положение объектов на орбитах определялось случайным образом путем задания равномерного распределения расстояния от кометы до Солнца в пределах (50, 500 а. е.). Прослеживалась динамическая эволюция этих объектов за время 4.6 х 109 лет, что соответствует предполагаемому времени жизни Солнечной системы. Если в результате эволюции большая полуось орбит объектов достигала значение 34.2 а. е. (т.е. орбиты становились короткопе-риодическими), либо перигелийное расстояние становилось меньше 1.5 а. е., то элементы орбит исследуемых объектов записывались в отдельный файл и их последующая динамическая эволюция рассматривалась отдельно. Были проведены 2 серии вычислений: с учетом возмущений от четырех

гигантских планет (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун) - модель 1, и с учетом возмущений от всех планет, исключая Плутон и Меркурий, - модель 2. Все вычисления проводились с учетом возмущения от Галактики в соответствии с моделью Byl (1986). Для интегрирования уравнений движения комет использовался симплектический интегратор Emel'yanenko (2002).

ЗАХВАТ НА ОРБИТЫ КГТ И КСЮ

Анализ результатов вычислений показал, что имеются два различных типа захвата из облака Оорта на орбиты КСЮ и КГТ, которые можно назвать я-захват и д-захват. я-захват заключается в том, что на первом этапе динамической эволюции в результате тесных сближений с планетами-гигантами у почти параболических орбит уменьшается главным образом большая полуось, и они захватываются на короткопериодические орбиты (а < 34.2 а. е.). С течением времени перигелийные расстояния орбит последовательно перемещаются в область д < 1.5 а. е. и орбиты эволюционируют в галлеевские или в орбиты КСЮ. В отличие от я-захвата у объектов, испытавших д-захват, на первом этапе динамической эволюции изменяется в основном перигелийное расстояние орбит, которое становится меньше 1.5 а. е. Впоследствии под действием возмущений от Юпитера эти орбиты могут эволюционировать в короткопериодические (а < 34.2 а. е.).

В табл. 1 представлены значения вероятностей захвата комет на орбиты семейства Юпитера (КСЮ) и орбиты галлеевского типа (КГТ) без учета возмущений от внутренних планет (модель 1) и с учетом возмущений от внутренних планет (модель 2). Во втором и третьем столбцах представлены значения вероятностей захвата на орбиты КГТ для объектов, испытавших я-захват и д-захват.

Было обнаружено, что учет возмущений от внутренних планет не оказывает существенного влияния на результаты вычислений. Эволюция орбит объектов в двух моделях практически идентична. Это объясняется тем, что вблизи перигелия скорости объектов очень велики и гравитационное влияние малых планет не может значительно изменить элементы орбит объектов. С другой стороны, учет возмущений от внутренних планет значительно увеличивает время компьютерных вычислений. Более высокие значения вероятностей захвата на орбиты КГТ, полученные при вычислениях по модели 2, в сравнении с результатами, полученными при вычислениях по модели 1, могут являться следствием статистической неточности. Таким образом, нецелесообразно проводить исследование динамической эволюции значительного количества объектов на большом промежутке времени с учетом возмущений от внутренних планет.

Из табл. 1 видно, что вероятность захвата на гал-леевские орбиты для объектов с первоначальным значением перигелийного расстояния в пределах (0-4 а. е.) примерно в 1.5 раза меньше в сравнении с результатами Emel'yanenko, Bailey (1997), в работе которых без учета возмущений от Галактики было получено, что эта вероятность равна 0.0128. Это расхождение результатов можно объяснить следствием галактических возмущений. В работе Levi-son и др. (2001) на основании аналитических вычислений было показано, что галактические возмущения способны значительно изменять перигелийные расстояния орбит комет с a > 104 а. е. за один оборот вокруг Солнца. Это приводит к уменьшению значения вероятности захвата на орбиты галлеевского типа для объектов с первоначальными перигелий-ными расстояниями в первой области (q0 < 4 а. е.). Для 4 < q0 < 31 а. е. вероятность захвата на орбиты КГТ повышается. Галактические возмущения способны увеличить значение вероятности захвата на ор

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.

Показать целиком