[論文レビュー] Asteroids in the Inner Solar System II - Observable Properties

N. W. Evans, Serge Tabachnik|May 19, 2000

Astro and Planetary Science参考文献 1被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、水星、金星、地球、火星の周囲における長期間にわたる共軌道小惑星の軌道積分を用いて、今後の調査を支援するための観測可能な性質（天の上での位置、固有運動、明るさなど）を予測している。安定した小惑星集団は、古典的ラグランジュ点とはわずかにずれた位置に集中しており、速度分布は広く、特に水星では伝統的なピーク位置とは異なる。広視野CCD、GAIA、赤外線調査を用いた最適な探索戦略を同定し、半径0.8 km以上の小惑星を検出可能である。

ABSTRACT

This paper presents synthetic observations of long-lived, coorbiting asteroids of Mercury, Venus, the Earth and Mars. Our sample is constructed by taking the limiting semimajor axes, differential longitudes and inclinations for long-lived stability provided by simulations. The intervals are randomly populated with values to create initial conditions. These orbits are re-simulated to check that they are stable and then re-sampled every 2.5 years for 1 million years. The Mercurian sample contains only horseshoe orbits, the Martian sample only tadpoles. For both Venus and the Earth, the greatest concentration of objects on the sky occurs close to the classical Lagrange points at heliocentric ecliptic longitudes of 60 and 300 degrees. The distributions are broad especially if horseshoes are present in the sample. The full-width half maximum (FWHM) in heliocentric longitude for Venus is 325 degrees and for the Earth is 328 degrees. The mean and most common velocity of these coorbiting satellites coincides with the mean motion of the parent planet, but again the spread is wide with a FWHM for Venus of 27.8 arcsec/hr and for the Earth of 21.0 arcsec/hr. For Mars, the greatest concentration on the sky occurs at heliocentric ecliptic latitudes of 12 degrees. The peak of the velocity distribution occurs at 65 arcsec/hr, significantly less than the Martian mean motion, while its FWHM is 32.3 arcsec/hr. The case of Mercury is the hardest of all, as the greatest concentration occurs at heliocentric longitudes close to the Sun.

研究の動機と目的

• 内太陽系における長期間にわたる共軌道小惑星の合成観測的性質をモデル化すること。
• 現在および将来の観測技術を用いた、こうした難易度の高い小惑星を検出するための最適な探索戦略を特定すること。
• 水星、金星、地球、火星のラグランジュ点周辺の小惑星の空間的分布、固有運動、検出限界を定量化すること。
• 過去の調査の限界と、GAIA や SDSS といった将来的なミッションによるこうした集団の発見可能性を評価すること。

提案手法

• 水星、金星、地球、火星の周囲で、100万年間のテスト粒子のN体数値積分を実施し、安定した共軌道軌道を同定する。
• 初期条件は、過去1億年間のシミュレーションで得られた安定限界に基づき、半長径、傾き、微分的経度の範囲に一様に分布させる。
• 2.5年ごとに軌道を再シミュレーションし、天の上での位置、固有運動、明るさといった合成観測データを生成する。
• 生存したテスト粒子からの確率密度等高線と速度分布を計算し、検出可能性をモデル化する。
• 視野、露出時間、追尾方法、異なる機器の感度限界を考慮して、探索戦略を評価する。
• GAIA、SDSS、広視野CCD、赤外線コロラピッドの感度推定値を、最も濃度が高い領域でのマグニチュード補正を用いて導出する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 金星、地球、火星、水星の周囲の共軌道小惑星を検出する際、最も可能性の高い天の上での位置はどこか。また、古典的ラグランジュ点からどれほどずれているか。
• RQ2 これらの共軌道小惑星の予想される固有運動分布はどのようなものか。全幅半最大値（FWHM）はどの程度か。
• RQ3 GAIA、SDSS、広視野CCD撮影といった現在および将来の調査を用いた、共軌道小惑星の検出限界は何か。
• RQ4 なぜ特定の軌道形（例：馬蹄形軌道やトロイ小惑星）しか各惑星で安定なのか。これは探索戦略にどのように影響するか。
• RQ5 過去の調査による観測的制約は、共軌道集団の予測された検出可能性と比べてどう異なるか。

主な発見

• 金星の共軌道小惑星は、太陽中心の黄道経度60°および300°に最も集中しており、経度方向の全幅半最大値（FWHM）は325°である。
• 地球の共軌道小惑星は、60°および300°にピークを示し、FWHMは328°である。最も一般的な固有運動は1日あたり21.0弧秒で、FWHMも21.0弧秒である。
• 火星の共軌道小惑星は、太陽中心の黄道傾き±12°にピークを示し、最も確率の高い固有運動は1日あたり65弧秒で、FWHMは32.3弧秒である。
• 水星の共軌道小惑星は、太陽中心の経度16.0°および348.5°に最も集中しており、軌道離心率の影響で古典的60°および300°点から著しくずれている。
• 水星共軌道小惑星の最も一般的な固有運動は1日あたり459弧秒であるが、1000弧秒/時の速度を超えるものも存在し、高速移動のための検出課題が顕在化している。
• GAIAは半径0.8 km以上の共軌道金星小惑星を検出可能であり、半径1 km以上の地球系小惑星も検出可能である。一方、半径1.9 km以上の火星トロイ小惑星もGAIAで検出可能である。