共振外海王星天體

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共振海王星外天體，在天文學中是指軌道與海王星有共振關係的海王星外天體(TNO)，意味著兩者的軌道週期之間有簡單的整數比，如1：2、2：3等等。^†

海王星外天體的分布圖，與海王星共振的天體以紅色標示。

外海王星天體及類似天體
半人马小行星外海王星天體古柏帶類QB1天體類冥天體 2:1共振天體黃道離散天體歐特雲

[编辑] 分布

這張圖顯示在70天文單位內已知的海王星外天體分布圖，其中也包含了半人馬小行星(黃色)，共振的海王星外天體則以紅色來標示。與海王星軌道共振的位置在圖上方紅色的距離標示下以垂直的白色短棒標示，標示1：1的點就是海王星的軌道位置(也是海王星的特洛依小行星的軌道位置)，標示2：3的點是冥王星和類冥天體的軌道位置，1：2和2：5等處，也有少量的海王星外天體。

^† 2：3或'3：2的名稱意義是一樣的，都是指海王星外天體的相同共振狀態，並不會造成困惑。依據定義，海王星外天體的公轉周期都比海王星長，使用法完全取決於作者和研究者的領域。像這樣的陳述：冥王星與海王星有2：3的共振，會比同樣意義的：海王星每轉3圈，冥王星才轉完2圈，更容易理解。

[编辑] 起源

對海王星共振的詳細分析和數值研究，^[1] ^[2] 是一個非常狹隘(專業)的領域，也就是說研究的對象必須被精確的規範在一定的能量上 (例如：半長徑)。如果天體的半長徑在這狹隘的範圍之外，軌道就會變得渾沌不明(軌道元素會變得很不確定)。令人好奇的是有為數不少的海王星外天體在3：2的共振軌道上被發現，這個數量^†遠大於隨機的亂數分布。這個現象相信是在海王星的軌道遷徙時，從廣大的距離範圍內收集得來的。 ^[3] 在第一個海王星外天體被發現之前，就有理論認為巨行星和有大量小粒子聚集的盤面之間會有角動量轉移的交互作用，會使木星向太陽系內遷移，同時間土星、天王星和海王星則向外遷移。在這段相對上算短的時間內，海王星的共振將會清空經過的空間，將原來以日心為中心的小天體掘取進共振軌道。^[4]

^†超過10%的被歸類或懷疑是類冥天體

[编辑] 已知的群體

[编辑] 2：3共振天體(類冥天體)

冥王星和他的衛星(頂端)與厄耳枯斯和伊克西翁在大小、反照率和顏色的比較。

2:3共振天體顯然在共振類別中佔有統治者的地位，因為矮行星冥王星是第一個被知道的這種天體的緣故，具有這種共振軌道的天體被稱為類冥天體(plutino)。一些大的，且有永久編號的類冥天體如下： ^[5]

90482 厄耳枯斯
28978 伊克西翁
(84922) 2003 VS₂
38628 雨神

[编辑] 1：2共振天體

2:1類冥天體是外海王星天體的一種，它們與海王星的軌道共振為二比一，即每海王星繞日轉兩圈，它們便繞日轉一圈。其英文名稱 "Twotino" 取自 "Two" 和 "Plutino" 兩詞，當中類冥天體與海王星的軌道共振為三比二。

在天體數目上，這種2:1共振的天體遠不及3:2的類冥天體多。具有這種共振軌道的天體被認為是在古柏帶的邊緣，並且有時被稱為twotinos。這類共震天體比類冥天體少了許多。

有些屬於此類的天體如下：^[5]

已知的1:2共振天體有：

(20161) 1996 TR₆₆
(26308) 1998 SM₁₆₅
(119979) 2002 WC₁₉
(130391) 2000 JG₈₁

被篩選出的共振天體(紅色)

[编辑] 2：5共振

軌道已經確認的有：^[5]

(84522) 2002 TC₃₀₂,(最大的)
(38084) 1999 HB₁₂
(60621) 2000 FE₈
(69988) 1998 WA₃₁
(119068) 2001 KC₇₇

[编辑] 海王星的特洛依族

少數幾個軌道半長軸與海王星相似的天體，在拉格朗日點附近，這些是海王星特洛依小行星，等同於特洛依小行星。它們可以認真的被考慮是海王星的1:1共振天體。再2006年9月已知有四顆此類天體，列於下方：^[6]

2001 QR₃₂₂
2004 UP₁₀
2005 TN₅₃
2005 TO₇₄

[编辑] 其他的共振天體

已經知道的所謂高階共振天體的數量非常有限，下面是一些已經有永久編號的：^[5]

3:4 (15836) 1995 DA₂
3:5 (15809) 1994 JS
4:7 (119070) 2001 KP₇₇, (118698) 2000 OY₅₁
3:7 (95625) 2002 GX₃₂

[编辑] 走向正式的定義

TNO類的天體還沒有被普遍認同的精確定義，各類型間的界線經常不明，並且共振的概念也還沒有精確的被定義。

一些非中文的文字因为尚未翻譯而被隐藏，歡迎參與翻譯。

The Deep Ecliptic Survey introduced formally defined dynamical classes based on long-term forward integration of orbits under the combined perturbations from all four giant planets. (see also formal definition of classical KBO)

It should be noted that in general, the mean motion resonance can involve not only orbital periods of the form

$\rm p\cdot\lambda - \rm q\cdot\lambda_{\rm N}$

where p and q are small integers, λ and λ_N are repectively the mean longitudes of the object and Neptune but can also involve the longitude of the perihelion and the longitudes of the nodes (see orbital resonance, for elementary examples)

An object is Resonant^† if for some small integers p,q,n,m,r,s, the argument (angle) defined below is librating (i.e. is bounded)^[7]

$\phi = \rm p\cdot\lambda - \rm q\cdot\lambda_{\rm N} - \rm m\cdot\varpi - \rm n\cdot\Omega - \rm r\cdot\varpi_{\rm N} -\rm s\cdot\Omega_{\rm N}$

where the $\varpi$ are the longitudes of perihelia and the $Ω$ are the longitudes of the ascending nodes, for Neptune (with subscripts "N") and the resonant object (no subscripts).

The term libration denotes here periodic oscillation of the angle around some value and is opposed to circulation where the angle can take all values from 0 to 360°. For example, in the case of Pluto, the resonant angle $φ$ librates around 180° with an amplitude of around 82° degrees, ie. the angle changes periodically from 180°-82° to 180°+82°.

All new plutinos discovered during the Deep Ecliptic Survey proved to be of the type

$\phi = \rm 3\cdot\lambda - \rm 2\cdot\lambda_{\rm N} - \varpi$

similar or Pluto's mean motion resonance.

More generally, this 2:3 resonance is an example of the resonances p:(p+1) (example 1:2, 2:3, 3:4 etc.) that have proved to lead to stable orbits.^[3] Their resonant angle is

$\phi = \rm p\cdot\lambda - \rm q\cdot\lambda_{\rm N} - (\rm p-\rm q)\cdot\varpi$

In this case, the importance of the resonant angle $\phi\,$ can be understood by noting that when the object is at perihelion i.e. $\lambda = \varpi$ then

$\phi = q\cdot ( \varpi - \lambda_{\rm N})$

i.e. $\phi\,$ gives a measure of the distance of the object's perihelion from Neptune.^[3] The object is protected from the perturbation by keeping its perihelion far from Neptune provided $\phi\,$ librates around an angle far from 0°.

^†Capital R is used to refer to this formally defined class as opposed to common meaning of resonant

[编辑] 參考資料

↑ Malhotra, Renu The Phase Space Structure Near Neptune Resonances in the Kuiper Belt. Astronomical Journal v.111, p.504 preprint
↑ E. I. Chiang and A. B. Jordan, On the Plutinos and Twotinos of the Kuiper Belt, The Astronomical Journal, 124 (2002), pp.3430–3444. (html)
^ ^3.0 ^3.1 ^3.2 Renu Malhotra, The Origin of Pluto's Orbit: Implications for the Solar System Beyond Neptune, The Astronomical Journal, 110 (1995), p. 420 Preprint.
↑ Malhotra, R.; Duncan, M. J.; Levison, H. F. Dynamics of the Kuiper Belt. Protostars and Planets IV, University of Arizona Press, p. 1231 preprint
^ ^5.0 ^5.1 ^5.2 ^5.3 List of the classified orbits from MPC
↑ List of Neptune Trojans from MPC
↑ J. L. Elliot, S. D. Kern, K. B. Clancy, A. A. S. Gulbis, R. L. Millis, M. W. Buie, L. H. Wasserman, E. I. Chiang, A. B. Jordan, D. E. Trilling, and K. J. Meech The Deep Ecliptic Survey: A Search for Kuiper Belt Objects and Centaurs. II. Dynamical Classification, the Kuiper Belt Plane, and the Core Population. The Astronomical Journal, 129 (2006), pp. preprint

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[编辑] 深入閱讀

(2004-08-03) John K. Davies and Luis H. Barrera The First Decadal Review of the Edgeworth-Kuiper Belt，Springer. ISBN 1402017812.
E. I. Chiang, J. R. Lovering, R. L. Millis, M. W. Buie, L. H. Wasserman, and K. J. Meech (June 2003). "Resonant and Secular Families of the Kuiper Belt". Earth, Moon, and Planets 92 (1–4): 49–62. DOI:10.1023/B:MOON.0000031924.20073.d0.

E. I. Chiang, A. B. Jordan, R. L. Millis, M. W. Buie, L. H. Wasserman, J. L. Elliot, S. D. Kern, D. E. Trilling, K. J. Meech, and R. M. Wagner (2003-01-21). "Resonance occupation in the Kuiper Belt: case examples of the 5:2 and trojan resonances". The Astronomical Journal 126: 430–443.

Renu Malhotra. "The Kuiper Belt as a Debris Disk" (PDF). (as HTML)

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