[論文レビュー] Behavior of Jupiter Non-Trojan Co-Orbitals

P. Wajer, Małgorzata Królikowska|arXiv (Cornell University)|Jun 4, 2012

Astro and Planetary Science参考文献 6被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、数値積分を用いて、木星の非トロヤ共軌道小惑星および彗星の8体（5つの新しい小惑星と3つの彗星）の動的挙動を同定および分析した。その結果、(241944) 2002 CU 147 や 2007 GH 6 などの天体は準衛星軌道とトロイ小惑星軌道の間で複雑な遷移を示すことが判明した。一方、2006 SA 387 や 2006 QL 39 などの天体は、準衛星段階を挟んで一時的な馬蹄軌道を示し、すべての天体が木星との接近によって予測可能性の窓が数百年程度に制限されていることが明らかになった。

ABSTRACT

Searching for the non-Trojan Jupiter co-orbitals we have numerically integrated orbits of 3\,160 asteroids and 24 comets discovered by October 2010 and situated within and close to the planet co-orbital region. Using this sample we have been able to select eight asteroids and three comets and have analyzed their orbital behavior in a great detail. Among them we have identified five new Jupiter co-orbitals: \cu, \sa, \ql, \gh, and \Larsen, as well as we have analyzed six previously identified co-orbitals: \hr, \ug, \qq, \aee, \wc\ and \ar. \cu\ is currently on a quasi-satellite orbit with repeatable transitions into the tadpole state. Similar behavior shows \gh\ which additionally librates in a compound tadpole-quasi-satellite orbit. \ql\ and \Larsen\ are the co-orbitals of Jupiter which are temporarily moving in a horseshoe orbit occasionally interrupted by a quasi-satellite behavior. \sa\ is moving in a pure horseshoe orbit. Orbits of the latter three objects are unstable and according to our calculations, these objects will leave the horseshoe state in a few hundred years. Two asteroids, \qq\ and \aee, are long-lived quasi-satellites of Jupiter. They will remain in this state for a few thousand years at least. The comets \ar\ and \wc\ are also quasi-satellites of Jupiter. However, the non-gravitational effects may be significant in the motion of these comets. We have shown that \wcs\ is moving in a quasi-satellite orbit and will stay in this regime to at least 2500 year. Asteroid \hr\ will be temporarily captured in a quasi-satellite orbit near 2050 and we have identified another one object which shows similar behavior - the asteroid \ug, although, its guiding center encloses the origin, it is not a quasi-satellite. The orbits of these two objects can be accurately calculated for a few hundred years forward and backward.

研究の動機と目的

• 軌道要素の数値積分を用いて、木星の非トロヤ共軌道天体を同定および特徴付けること。
• 馬蹄軌道、トロイ小惑星軌道、準衛星軌道の間の遷移を含む一時的で複合的な軌道行動を調査すること。
• 時間経過に伴うこれらの共軌道天体の予測可能性と動的安定性を評価すること。
• 短い観測弧を持つ彗星の共軌道天体に対して、非重力的力の影響を評価すること。
• 今後の共軌道捕獲に関する先行予測（例：(118624) 2000 HR 24 や 2006 UG 185 について）を検証および拡張すること。

提案手法

• 2010年10月までの軌道データを用いて、木星の共軌道領域（Δa ≤ ±0.35528 au）内に存在する3,160個の小惑星および24個の彗星の数値積分を実施した。
• 軌道タイプの分類に、共振角 σ = λ - λp を適用：0°回りに振動（準衛星）、180°回りに振動（馬蹄軌道）、±60°回りに振動（トロイ小惑星）のそれぞれを識別した。
• 1:1平均運動共鳴および100年間のウィンドウで観察される一時的挙動に基づいて、対象を抽出した。
• 高精度な数値積分を用いて、木星および地球型惑星との接近を含む軌道進化を追跡した。
• 短い観測弧と高い離心率を示す彗星に対して、非重力的効果を組み込んだ。
• 先行研究（例：木下・中井、2007；Karlsson、2004）との比較により、長期的な予測可能性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どの木星非トロヤ共軌道天体が、馬蹄軌道、トロイ小惑星軌道、準衛星軌道といった異なる軌道族間を遷移するか？
• RQ2 準衛星軌道や馬蹄軌道は、重力的摂動によって遷移または崩壊する前に、どの程度の期間持続するか？
• RQ3 短い観測弧と高い離心率を持つ共軌道天体の予測可能性窓はどの程度か？
• RQ4 非重力的力は、P/2003 WC 7 や P/2002 AR 2 LINEAR のような彗星的共軌道天体の軌道進化にどのように影響するか？
• RQ5 2006 UG 185 のような一部の天体は、原点を囲むガイド中心を持つが、真の準衛星と見なされないのはなぜか？

主な発見

• (241944) 2002 CU 147 は現在、再帰的なトロイ小惑星状態への遷移を示す準衛星軌道にあり、少なくとも数百年間は共軌道領域に留まる見込みである。
• 2007 GH 6 は複合的トロイ小惑星-準衛星運動を示し、2030年頃にトロイ小惑星軌道に遷移する予測であり、約4500年までは予測可能である。
• 2006 QL 39 および 200P/Larsen は、準衛星段階を挟んで一時的な馬蹄軌道を示し、数百年以内に共軌道領域から脱出すると予測される。
• 2006 SA 387 は純粋な馬蹄軌道を示し、不安定性のため数百年以内に共軌道状態から脱出すると予想される。
• 2001 QQ 199 および 2004 AE 9 は長期間にわたる準衛星軌道を維持しており、少なくとも数千年間はこの状態が続く。
• P/2003 WC 7 は2500年までは木星の準衛星と確認されているが、0.5年という短い観測弧と高い離心率のため、予測可能性は制限されている。