[논문 리뷰] Behavior of Jupiter Non-Trojan Co-Orbitals

P. Wajer, Małgorzata Królikowska|arXiv (Cornell University)|2012. 06. 04.

Astro and Planetary Science참고 문헌 6인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 궤도 수치 적분을 통해 여덟 개의 목성 비트로이안 공전체 위성(다섯 개의 새로운 소행성과 세 개의 혜성)의 역학적 행동을 식별하고 분석한다. 연구 결과, (241944) 2002 CU147과 2007 GH6와 같은 천체들은 준위성 궤도와 콩팥형 궤도 사이를 복잡하게 전이하는 것으로 드러났으며, 2006 SA387과 2006 QL39와 같은 천체들은 준위성 단계를 거치는 순간적인 말굽형 운동을 보이며, 모두 목성과의 근접 접근으로 인해 수백 년 이내에 예측 불가능성이 발생한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 궤도 요소의 수치 적분을 통해 목성의 비트로이안 공전체 위성을 식별하고 특성화하기.
• 말굽형, 콩팥형, 준위성 상태 간의 전이를 포함한 일시적 및 복합 궤도 행동을 조사하기.
• 이러한 공전체 위성의 시간에 따른 예측 가능성과 역학적 안정성 평가하기.
• 단기 관측 간격과 고이심률을 가진 혜성 공전체 위성에 대한 비중력력의 영향 평가하기.
• 앞서 예측된 미래의 공전체 포획, 예를 들어 (118624) 2000 HR24와 2006 UG185에 대한 검증 및 확장하기.

제안 방법

• 2010년 10월까지의 궤도 자료를 사용하여 목성의 공전체 영역(Δa ≤ ±0.35528 au) 내 3,160개의 소행성과 24개의 혜성을 수치 적분한다.
• 공전체 유형을 분류하기 위해 공진 각도 σ = λ - λp를 적용: 0° 주변에서 진동(준위성), 180° 주변에서 진동(말굽형), ±60° 주변에서 진동(콩팥형).
• 1:1 평균 운동 공진과 100년 창구 동안의 일시적 행동을 기준으로 천체를 선별한다.
• 목성과 지구별 행성과의 근접 접근을 포함한 궤도 진화를 추적하기 위해 고정밀 수치 적분을 사용한다.
• 단기 관측 간격과 고이심률을 가진 혜성에 대해 비중력 효과를 통합한다.
• 이전 연구(예: Kinoshita & Nakai, 2007; Karlsson, 2004)와의 비교를 통해 장기 예측 가능성 검증

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어느 목성 비트로이안 공전체 위성이 말굽형, 콩팥형, 준위성 궤도 유형 간에 전이를 보이며, 어떤가?
• RQ2 준위성 궤도와 말굽형 궤도는 중력 교란으로 인해 전이되거나 붕괴되기 전에 얼마나 오래 지속될 수 있는가?
• RQ3 단기 관측 간격과 고이심률을 가진 공전체 위성의 예측 창구는 얼마나 되는가?
• RQ4 비중력력은 P/2003 WC7와 P/2002 AR2 LINEAR와 같은 혜성 공전체 위성의 궤도 진화에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 2006 UG185와 같이 원점을 둘러싼 가이드 중심을 가지지만 진정한 준위성으로 분류되지 않는 천체는 왜 그런가?

주요 결과

• (241944) 2002 CU147는 현재 반복 가능한 콩팥형 궤도 상태로의 전이를 보이며, 최소 수백 년 동안 공전체 영역에 머무를 것으로 예측된다.
• 2007 GH6는 복합 콩팥형-준위성 운동을 보이며, 약 2030년경에 콩팥형 궤도로 전이될 것으로 예측되며, 약 4500년까지 예측 가능할 것으로 보인다.
• 2006 QL39와 200P/Larsen는 준위성 단계를 거치는 일시적인 말굽형 운동을 보이며, 수백 년 내로 공전체 영역에서 빠져나올 것으로 예측된다.
• 2006 SA387는 순수한 말굽형 궤도를 따르며, 불안정성으로 인해 수백 년 내로 공전체 상태를 떠날 것으로 예측된다.
• 2001 QQ199와 2004 AE9는 장수한 준위성으로서 최소 수천 년 동안 이 상태를 유지할 것으로 예측된다.
• P/2003 WC7는 최소 2500년까지 목성의 준위성으로 확인되었지만, 0.5년의 짧은 관측 간격과 높은 이심률으로 인해 예측 가능성은 제한된다.