Люки Кірквуда

Лю́ки Кірквуда — майже порожні проміжки в розподілі великих півосей астероїдів головного поясу, які відповідають положенням орбітальних резонансів з Юпітером. Астероїди в таких резонансах повинні були б мати періоди обертання, що відносяться як невеликі цілі числа до періоду обертання Юпітера.

Так, майже немає астероїдів із великою піввіссю 2,06 а. о. (резонанс 4:1 з Юпітером), 2,5 а. о. (резонанс 3:1), 2,82 а. о. (резонанс 5:2), 2,95 а. о. (резонанс 7:3), 3,27 а. о. (резонанс 2:1), натомість як резонанси вищих порядків (8:3, 9:4 і т.д.) просто суттєво збіднені астероїдами, але далеко не порожні.

Названі на честь американського астронома Деніела Кірквуда, який виявив їх 1866 року^[1].

Опис

Наприклад, майже немає астероїдів із великою піввіссю поблизу 2,50 а. о. і періодом обертання 3,95 року, що відповідає трьом обертам навколо Сонця за один оберт Юпітера (так званий резонанс 3:1). Інші орбітальні резонанси відповідають орбітальним періодам, довжина яких також співмірна з періодом Юпітера. Слабші резонанси призводять лише до часткового збіднення кількості астероїдів, тоді як піки на гістограмі часто зумовлені наявністю помітних сімей астероїдів.

Більшість люків Кірквуда збіднені астероїдами, на відміну від резонансів середнього руху з Нептуном і резонансу Юпітера 3:2, які зберігають об’єкти, захоплені під час міграції планет-гігантів, передбаченого моделлю Ніцци на початку існування Сонячної системи. Викидання астероїдів із люків Кірквуда пов'язане з перекриттям вікових резонансів ν₅ і ν₆ всередині резонансів середнього руху. Унаслідок цього орбітальні елементи астероїдів змінюються хаотично, й астероїди протягом кількох мільйонів років переходять на орбіти, що перетинають орбіти планет^[2]. Хоча, наприклад, у резонансі 2:1 існують кілька відносно стабільних «островів», вони теж поступово збіднюються через повільну дифузію на менш стабільні орбіти. Цей процес, який пов’язують із близькістю Юпітера та Сатурна до резонансу 5:2, міг відбуватися швидше, коли орбіти Юпітера й Сатурна були ближчими одна до одної^[3].

Останнім часом виявили відносно невелику кількість астероїдів із високим ексцентриситетом орбіт, що таки лежать усередині люків Кірквуда. Прикладами є сім’ї Алінди та Грікви. Їхні орбіти поступово збільшують ексцентриситет на часовій шкалі в десятки мільйонів років і зрештою виходять із резонансу через тісні зближення з великою планетою.

Резонанси

Резонанси між орбітами астероїдів та Юпітером можна розрахувати за третім законом Кеплера:

{\frac {T_{1}}{T_{2}}}=\left({\frac {R_{1}}{R_{2}}}\right)^{3/2}

Виконавши відповідні розрахунки, можна визначити найвідоміші люки Кірквуда (див. діаграму), розташовані на таких середніх орбітальних відстанях^[4]:

2,06 а. о. (резонанс 4:1)
2,5 а. о. (резонанс 3:1), орбіта астероїдів сім'ї Алінди
2,82 а. о. (резонанс 5:2)
2,95 а. о. (резонанс 7:3)
3,27 а. о. (резонанс 2:1), орбіта астероїдів сім'ї Грікви

Слабші резонансні орбіти, які також можна виявити:

1,9 а. о. (резонанс 9:2)
2,25 а. о. (резонанс 7:2)
2,33 а. о. (резонанс 10:3)
2,71 а. о. (резонанс 8:3)
3,03 а. о. (резонанс 9:4)
3,075 а. о. (резонанс 11:5)
3,47 а. о. (резонанс 11:6)
3,7 а. о. (резонанс 5:3)

Зони астероїдів

Розташування астероїдів і планет у внутрішній частині Сонячної системи станом на 9 травня 2006 року. Показані планети від Меркурія до Юпітера (помаранчевий колір) «звичайні» астероїди головного поясу — білі. Усередині головного поясу розташовані астероїди груп Атони (червоні), Аполлона (зелені) та Амури (сині), Гільди (сині),Троянці (зелені), решта астероїдів (білий). Люків Кірквуда не видно.

Те ж саме, що й на попередньому графіку, але з великою піввіссю замість миттєвої відстані до Сонця. Тепер люки Кірквуда добре помітні.

Люки Кірквуда неможливо побачити на просторовому розподілі астероїдів у певний момент, оскільки їхні орбіти є еліптичними, і багато астероїдів усе ще перетинають радіуси, що відповідають цим люкам. Просторова щільність астероїдів у люках суттєво не відрізняється від сусідніх регіонів^[5].

Основні люки виникають у резонансах середнього руху із Юпітером 3:1, 5:2, 7:3 та 2:1. Наприклад, астероїд у люку Кірквуда 3:1 здійснював би три оберти навколо Сонця на кожен оберт Юпітера. Слабші резонанси трапляються на інших значеннях великої півосі, де кількість астероїдів також менша, ніж між резонансами (наприклад, резонанс 8:3 для астероїдів із великою піввіссю 2,71 а.о.)^[6].

Резонанси 4:1 і 2:1 обмежують головний масив поясу астероїдів зсередини і ззовні, а резонанси 3:1 і 5:2 поділяють його на внутрішню, середню та зовнішню зони^[7]:

Резонанс 4:1 (2,06 а. о.)
- Внутрішній пояс астероїдів
Резонанс 3:1 (2,5 а. о.)
- Середній пояс астероїдів
Резонанс 5:2 (2,82 а. о.)
- Зовнішній пояс астероїдів
Резонанс 2:1 (3,28 а. о.)

Найбільшим астероїдом у внутрішньому поясі є 4 Веста, у середньому — 1 Церера та 2 Паллада, а в зовнішній — 10 Гігея. Ще далі, за межами зовнішньої зони, ймовірно, найбільшим астероїдом головного поясу є 87 Сільвія.

Див. також

Орбітальний резонанс
Щілина Кассіні — проміжки між зовнішніми кільцями Сатурна, що мають ту ж природу, що й люки Кірквуда
Сімейство астероїдів

Примітки

↑ Coleman, Helen Turnbull Waite (1956). Banners in the Wilderness: The Early Years of Washington and Jefferson College. University of Pittsburgh Press. с. 158. OCLC 2191890.
↑ Moons, Michèle; Morbidelli, Alessandro (1995). Secular resonances inside mean-motion commensurabilities: the 4/1, 3/1, 5/2 and 7/3 cases. Icarus. 114 (1): 33—50. Bibcode:1995Icar..114...33M. doi:10.1006/icar.1995.1041.
↑ Moons, Michèle; Morbidelli, Alessandro; Migliorini, Fabio (1998). Dynamical Structure of the 2/1 Commensurability with Jupiter and the Origin of the Resonant Asteroids. Icarus. 135 (2): 458—468. Bibcode:1998Icar..135..458M. doi:10.1006/icar.1998.5963.
↑ A record of planet migration in the main asteroid belt (PDF). Nature. doi:10.1038/nature07778. Архів (PDF) оригіналу за 21 грудня 2016. Процитовано 13 грудня 2016.
↑ McBride, N. & Hughes, D. W. (1990). The spatial density of asteroids and its variation with asteroidal mass. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 244: 513—520. Bibcode:1990MNRAS.244..513M.
↑ Ferraz-Mello, S. (14–18 червня 1993). Kirkwood Gaps and Resonant Groups. proceedings of the 160th International Astronomical Union. Belgirate, Italy: Kluwer Academic Publishers. с. 175—188. Bibcode:1994IAUS..160..175F.
↑ Klacka, Jozef (1992). Mass distribution in the asteroid belt. Earth, Moon, and Planets. 56 (1): 47—52. Bibcode:1992EM&P...56...47K. doi:10.1007/BF00054599. S2CID 123074137.

Література

Кірквуда люки // Астрономічний енциклопедичний словник / за заг. ред. І. А. Климишина та А. О. Корсунь. — Львів : Голов. астроном. обсерваторія НАН України : Львів. нац. ун-т ім. Івана Франка, 2003. — С. 215. — ISBN 966-613-263-X.

Посилання

Олексій Голубов, Ефект Ярковського як рушійна сила астероїдів у люки Кірквуда на YouTube, доповідь на конференції CAMMAC-2023 (1 листопада 2023)

[Coleman-1956-1] Coleman, Helen Turnbull Waite (1956). Banners in the Wilderness: The Early Years of Washington and Jefferson College. University of Pittsburgh Press. с. 158. OCLC 2191890.

[Moon-1995-2] Moons, Michèle; Morbidelli, Alessandro (1995). Secular resonances inside mean-motion commensurabilities: the 4/1, 3/1, 5/2 and 7/3 cases. Icarus. 114 (1): 33—50. Bibcode:1995Icar..114...33M. doi:10.1006/icar.1995.1041.

[Moons-1998-3] Moons, Michèle; Morbidelli, Alessandro; Migliorini, Fabio (1998). Dynamical Structure of the 2/1 Commensurability with Jupiter and the Origin of the Resonant Asteroids. Icarus. 135 (2): 458—468. Bibcode:1998Icar..135..458M. doi:10.1006/icar.1998.5963.

[Nature-4] A record of planet migration in the main asteroid belt (PDF). Nature. doi:10.1038/nature07778. Архів (PDF) оригіналу за 21 грудня 2016. Процитовано 13 грудня 2016.

[mnras244-5] McBride, N. & Hughes, D. W. (1990). The spatial density of asteroids and its variation with asteroidal mass. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 244: 513—520. Bibcode:1990MNRAS.244..513M.

[iau160-6] Ferraz-Mello, S. (14–18 червня 1993). Kirkwood Gaps and Resonant Groups. proceedings of the 160th International Astronomical Union. Belgirate, Italy: Kluwer Academic Publishers. с. 175—188. Bibcode:1994IAUS..160..175F.

[klacka1992-7] Klacka, Jozef (1992). Mass distribution in the asteroid belt. Earth, Moon, and Planets. 56 (1): 47—52. Bibcode:1992EM&P...56...47K. doi:10.1007/BF00054599. S2CID 123074137.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]