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紫金山地理台等在柯伊伯带天体研究方面取得新停顿

  柯伊伯带是太阳系在位于海王星轨道以外的一个小行星带,被认为是太阳系中行星构成的原始星子的遗址是太阳系大年夜多半彗星的来源地。柯伊伯带天体的研究对懂得太阳系来源和演变、地球下水和生命来源等具有关键的迷信意义。 

  柯伊伯带天体大年夜小不一、外形各别。例如,罗塞塔号探测器发明彗星67P/CG由南北两个半球构成的极不规矩的哑铃型;新视野号发明迄今最远的太阳系小天体Arrokoth出现奇怪的扁平状构型。究其缘由,除碰撞、物质吸积、自转和重力场的合营感化和飞越大年夜行星时的潮汐扯破等及机制外,气体挥发等彗核活动招致的物质损掉和转移过程也是导致其外形改变的一个重要身分。 

  中国迷信院紫金山地理台研究人员与国际同业协作,在柯伊伯带天体外形构成和演变的研究方面取得新停顿该项研究以动力学轨道稳定的柯伊伯带天体为重要研究对象,结合经久动力学演变模型、外面热物理模型及太阳光照射驱动的气体挥发过程(图1),建立了首个研究彗核三维外形在物质挥发活动感化下经久演变的数值模仿对象,推敲了三种均匀外形(球形、细长形、扁圆形)和两种特别外形(凹型和哑铃型),并分别分析了轨道偏爱率和挥发性气体临盆率曲线、凹型构造所形成的暗影和自发热、彗核自转轴等效应对彗核外形演变的影响。摸索了物质挥发活动对彗核外形经久演变的感化,提醒了不合初始外形条件下,彗核外形演变与彗星的轨道、自转等动力学参数的关系(图2)。结合数值模仿成果从实际上说清楚明了类似彗星67P/CG中物质损掉的南北差别景象与轨道偏爱率和挥发性气体(CO、H-2-O等)临盆率曲线之间的关系,并说清楚明了此前的相干研究中所认定的大年夜轨道偏爱率只是充分而非须要条件(图3)。该研究中数值模仿对象所给出的普通性结论有助于提醒太阳系含冰小天体外形的构成和演变汗青。 

图1 CO和H2O气体挥发率与太阳辐射强度关系。不合色彩的虚线对应不合的日心间隔。两种气体在太阳辐射强度较大年夜的区间出现近似线性变更,随着太阳辐射强度减小出现拐点,轨道构型与拐点地位的关系对彗核外形遭到非对称腐蚀起到重要感化。 

图2 在雷同的动力学轨道上不合自转轴指向的球形彗核在CO挥发生发火用下外形演变成果。 

图3 不合轨道构型下单位面积水分子在远日点半轨道和近日点半轨道挥发总量的比值不合的黑色外形标记今朝人类探测器访问过的木星族彗星,白色曲线对应远日点在气体临盆率曲线拐点地位的轨道。当远日点位于气体临盆率曲线拐点地位以外时,彗核外形在物质挥发生发火用下产生南北差别的景象开端浮现;当该比值大年夜于0.5,该景象相对较为明显。 

  该研究成果发表于《英国皇家地理学会月刊》 (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 492202051525166)。该研究任务取得国度天然迷信基金中德协作项目、面上项目,中国迷信院空间迷信先导项目和中国迷信院行星迷信重点实验室等的赞助。 

  论文链接 :https://academic.oup.com/mnras/article-abstract/492/4/5152/5729020 

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