使用体积离散方法计算不规则小天体表面重力场

在小行星探测任务中,航天器轨道设计需要充分考虑到小行星的非球形引力场的影响.太阳系中大部分小行星具有形状不规则、密度不均匀的特点,因此,在没有绕飞轨道数据的情况下,精确计算其引力场非常困难.利用不规则小行星的多面体模型,采用体积离散方法通过直接积分计算小行星引力场球谐系数和表面重力场分布情况.将该方法与多面体方法进行了比较,并以(433)Eros为例,通过该方法计算得到的结果与NEAR(Near-Earth Asteroid Rendezvous)探测器的轨道数据反演结果比较,C20项误差不超过2%,使用该方法对我国小行星探测任务拟探测的(1996)FG3小行星的重力场进行了计算.以嫦娥二号探测器飞越的(4179)Toutatis小行星为例,结合相应的雷达观测数据提供的小行星形状模型,计算其表面引力势情况,为通过飞越任务获取的光学图像分析其表壤的分布、流向等提供了相应的理论依据.该方法适用于密度不均匀天体,可为小行星探测任务轨道设计和着陆提供可靠的小行星引力场数据.     

小行星(215)、(323)、(416)和(432)的轨道改进

这四颗小行星的历元很早,都是在二、三十年以前.由于多年未算摄动,轨道逐渐偏离,观测与计算间差值。O—C 已增大到一度以上.鉴于改进轨道、计算准确冲日星历表的迫切需要,1962年冬季在已利用电子计算机算得木星、土星精确摄动的基础上,我们搜集了近几年的观测资料,对此四颗星作了轨道改进.轨道改进的计算系根据爱克尔和勃劳威尔(Eckert and Brouwer)的直角座标的方法.为避免小偏心率和大倾角情况对精确度的影响,使能比较确定地求得方程式的解,我们采用下列方程系统:     

RKNF方法和大偏心率轨道数值积分

本文比较在建立中等和大偏心率轨道的精密数值历表时几种数值方法的计算效率,特别推荐国内轨道工作中尚未见使用的直接积分２ 阶微分方程的ＲＫＮＦ 方法。数值实算表明,在方程右函数显含速度和中等或大偏心率轨道情况下,嵌套的７ 阶方法ＲＫＮＦ７８ 是一个普适性好、效率高、程序设计简单的方法。     

制约卫星轨道寿命的另一种机制

近点共振会导致太阳系小天体(小行星,自然卫星以及大行星和月球的人造卫星)的轨道偏心率出现变幅较大的长周期变化,特别是以月球和大行星为中心天体的大倾角轨道(确切地说是倾角接近90°的极轨道)卫星,由于类似的原因,偏心率的增大而导致近星距rp=a(1-e)≤ae(ae是中心天体的赤道半径),使其落到中心天体上,结束轨道寿命,这与耗散机制大不相同,因此将对其作理论分析,并以计算实例加以证实.     

冥族小天体与海王星特洛伊的近密交会

海王星外天体中的冥族小天体与海王星成2:3的平运动轨道共振,且具有较大的轨道偏心率,因此它们能与海王星特洛伊的轨道发生重叠,导致近密交会和碰撞,从而深刻地影响两者的动力学演化。利用数值模拟的方法,有效地获得了这两群小天体间近密交会的信息,讨论了可能影响两者近密交会频率的因素,包括小天体质量、轨道倾角和轨道偏心率等。在合理近似条件下,建立了估算两群小天体近密交会和碰撞次数的理论公式。结合已有的数值模拟结果,以及对冥族小天体观测数据的分析,对实际情况下冥族小天体群与典型特洛伊小天体之间的近密交会和碰撞次数进行了估算,证明近密交会较为频繁地发生,而碰撞则极其罕见,并且各尺寸范围的小天体对近密交会和碰撞次数的贡献各有不同。这一套分析和估算的方法可以直接应用在其他类似小天体间交会过程的估算上。     

近地小行星轨道演化的研究现状

近地小行星由于与地球的特殊关系为世人所瞩目, 对其研究始于５０ 年代, 近年来已成为太阳系动力学中的一个热门课题。全面地介绍了近年来关于近地小行星（ 小天体） 的研究状况, 包括对近地小行星轨道演化的研究方法和主要结果。阐明了在轨道演化过程中相应力学模型的选取、有关数值方法的引用以及积分步长变化的处理等具体问题, 并介绍了轨道长期共振的作用以及对这种共振的处理方法, 最后给出了根据目前研究所知的与地球轨道距离最近的一些小行星的轨道特征等。     

Alcyone系列天文软件之二 多功能数字太阳系仪Planet’s Orbits

Planet's Orbits是一个非常精确的具有很多功能的数字太阳系仪。它使用的是DE404历表来计算行星(不包括冥王星)以及月亮的位置。木星、土星、天王星这三颗行星的卫星的位置采用的是另外的不同的分析计算方法。小行星以及彗星的位置是通过其轨道根数计算出来的,因此仅在较短的周期内是比较准确的。     

小行星与彗星—近地小行星,主带小行星和彗星之间相互关系探讨

小行星和彗星都是太阳系中的小天体,而近地小行星又是小行星中特殊的一类。近年来对近地小行星的观测和研究已全面开展,这已成为当今太阳系研究的前沿领域之一。本文初步探讨太阳系中不同小天体之间的关系:1.小行星与短周期彗星之间的关系;2.近地小行星与主带小行星和短周期彗星之间的关系。最近的观测研究表明某些小行星可能是由彗星演变来的,而某些近地小行星可能来源于主带小行星和死亡的彗核。     

主带小行星深空探测可接近性与多目标探测轨道的实现

小行星探测是当前深空探测的热点之一,探测目标的可接近性又是探测任务首先要解决的问题.根据直接转移轨道方式下太阳系中可以探测到的区域和小行星的空间分布,确认发射能量C_3=50 km~2/s~2的直接转移轨道,可以探测大部分主带小行星;使用少量的速度修正还能够实现多目标飞越任务.同时指出,这种多目标的飞越可以达到△V-EGA轨道方案中的深空机动同样的效果,经地球引力助推,以较小能量实现小行星伴飞或更遥远小行星的探测;据此提出了一个探测器先飞越多颗主带小行星,然后借助地球引力助推探测更遥远小行星的轨道设计方案,并给出了设计实例.     

太阳质量变化对小行星轨道根数的影响

利用变质量天体力学方法研究了太阳质量变化对小行星轨道根数的影响,质量变化包括因光子辐射和太阳造成的质量损失以及因太阳吸积周围星际物质造成的质量增加两个联合因素,利用Gylden-Meshcherskii(G-M)型变质量天体轨道根数变化方程的一阶和二阶解对7颗小行星轨根数的长期和周期性的影响作了数值计算,在一阶解中太阳质量流失对小行星轨道半长轴,轨道偏心率和近点辐角的变化率产生增大作用,而质量吸积起减小作用,在二阶解中两者起到增大作用,不过质量流失不大于质量吸积的作用,故总的趋势是使半长轴,偏心率和近点辐角的变化率增大。     

小行星(469219) Kamo`oalewa轨道的确定与误差分析

作为一颗与地球共轨道的小行星,(469219)Kamo'oalewa是一个具有很高研究价值的近地小天体,也是中国首次小行星探测计划的目标天体之一.针对其轨道特性,建立了兼顾太阳、地球和月球非球形引力作用的小行星动力学模型.并在该模型的基础上,利用国际小行星中心(Minor Planet Center,MPC)提供的2004|2018年间的光学观测数据对该小行星的轨道进行确定.拟合后观测残差的均方根误差约为0:2″(与美国喷气推进实验室的Horizons在线历表系统相当),其中2004年期间数据的观测残差有所改进.最后,对小行星(469219)Kamo'oalewa的轨道误差进行了详细分析,并预报了2020-2025年期间该小行星的轨道误差.     

关于太阳系小天体轨道演化的算法研究

太阳系小天体的运动对应—哈密顿(Hamilton)系统,对其轨道演化的数值研究宜采用哈密顿算法(即辛算法)。本文将仔细讨论这一问题,并以主带小行星的运动为例,较系统地介绍几种辛算法对应的显式辛差分格式。     

中国小望远镜观测太阳系小天体项目的回顾

回顾了中国用小望远镜进行的一些科研项目,如小行星的天体测量和测光观测,近地天体的观测和天然行星卫星的天体测量观测.介绍了小行星和近地天体轨道的测定,以及行星/月球历表的编制.简述了天体测量标准区的建立,从射电源光学对应体推算光学和射电参考架的联系,双星轨道的测定,以及星团成员星自行的测定.提出了改进GSC2.3的新项目...     

中国天文学会学术会议(序号145):太阳系小天体的运动讨论会(1992年6月27日—30日,长春)

由中国天文学会天体力会专业委员会举办的“太阳系小天体的运动”讨论会于1992年6月27日—30日在吉林省长春市中国科学院长春人造卫星观测站召开。何妙福任该讨论会的科学组织委员会主席,李玉林为地方组织委员会主席。来自中国科学院、高等院校8个单位共28名代表提交综述报告和学术论文共25篇,其中邀请报告6篇。 这些报告的内容涉及太阳系里小行星、流星、自然卫星和人造卫星多种小天体的运动理论以及轨道确定方法和技术;轨道共振和混沌现象;动力学     

一种适用于大偏心率轨道密集星历精密计算的快速处理方法

空间目标探测和编目是航天器安全的重要课题, 空间目标数量巨大, 造成轨道计算的工作量十分繁重. 分析方法虽然计算速度快, 却不能适应高精度观测资料的处理工作, 因而数值方法将成为目标轨道计算的重要方法. 空间目标编目工作普遍涉及密集星历的产生和计算问题, 针对这一问题的大偏心率轨道数值计算目前尚未形成兼具计算精度和计算效率的有效技术手段, 难以满足编目工作的处理要求. 在此背景下, 提出一种适用于大偏心率轨道密集星历精密计算的快速处理方法, 并通过数值实验对模型参数进行优选, 最后通过计算实例证实了该计算方案的优越性.     

热海王星系统HD 106315的近$2:1$ 平运动共振捕获与轨道演化

通过结合理论分析和数值模拟方法,可以对热海王星系统HD 106315轨道迁移中的近2:1平运动共振捕获机制以及潮汐作用下的演化过程进行研究.在轨道迁移阶段,初始轨道半长径、初始偏心率以及行星c的偏心率衰减系数K会对系统轨道构型产生影响.数值模拟结果显示当初始轨道半长径分别为ab～0.4 au、ac～0.8 au,偏心率eb和ec均小于0.03时, HD 106315b和HD 106315c在中央恒星的引力作用以及原行星盘粘滞作用下向内迁移, 65000 yr左右两颗行星均可迁移至当前观测位置附近并形成近2:1平运动共振捕获.此外,中央恒星的潮汐效应也可能会对行星系统共振构型产生影响,理论分析表明当行星潮汐耗散系数Q=100时,潮汐效应造成的轨道半长径衰减使系统轨道周期比发生的变化可能是系统脱离共振构型的原因.数值模拟结果显示, HD 106315系统内两颗行星Q103时,来自中央恒星的潮汐效应并不会使行星系统产生明显的偏心率和轨道半长径衰减,不足以使HD 106315行星系统在剩余寿命内脱离2:1平运动共振轨道构型.     

近地小行星发现数目与发现场景的统计分析

近地小行星是一类可能对地球安全造成潜在威胁的太阳系小天体, 目前绝大部分的近地小行星是由地基望远镜发现的, 且数目仍在不断增加. 为了对我国未来开展近地小行星发现监测提供参考和借鉴, 利用国际小行星中心公开的数据库对所有近地小行星首次发现时刻的观测资料开展了多维度统计分析. 发现望远镜探测能力的限制会对近地小行星的发现造成选择效应, 导致不同轨道类型近地小行星发现的相对比例逐年变化且与直径有关. 另外, 结合数值模拟获得的轨道数据, 对近地小行星首次发现时的观测场景进行了还原, 获得了发现时刻近地小行星位置在不同天球坐标系的分布, 分析了其分布特征与季节、测站纬度和小行星直径的依赖关系. 最后, 通过分析数据定量考察了太阳、月球和银道面对近地小行星发现的影响, 发现地基望远镜一般难以发现来自太阳方向90$^\circ$范围内直径140m以下的近地小行星, 并且随着小行星直径的减小该限制范围也将变大; 月光污染对近地小行星发现的影响也非常显著, 望月前后几天的观测限制可导致约29%的目标无法被发现, 而且分析表明农历上半月发现的目标一般比下半月发现的更难以被跟踪观测; 银道面特别是银心方向会对近地小行星发现产生影响, 使得黄道面附近存在与季节相关的观测``盲区''.     

近地小行星(10302) 1989 ML和(4660) Nereus的轨道特征及演化分析

近地小行星(10302) 1989 ML和(4660) Nereus作为下一代深空探测的候选目标一直备受关注. 在考虑太阳系主要天体的动力学背景下, 通过计算最大Lyapunov指数(MLE)及MEGNO (Mean Exponential Growth factor of Nearby Orbits)指数讨论它们的稳定性. 同时, 对每个小行星, 在其观测误差范围内按多元正态分布各选取1000个克隆粒子, 通过统计分析显示这两个小行星在10万年内可能的运动范围, 给出半长径-偏心率空间中的出现次数分布图, 并统计小行星与地球或其他大行星之间的密近交汇及碰撞的概率. 此外还对这两个小行星的标称轨道进行长期共振、Kozai共振及平运动共振的动力学分析. 综上得出结论, 1989 ML处在平运动共振主导的区域, 发生密近交汇的概率较小, 从而其轨道相对较稳定; 而Nereus处在地球的密近交汇区域, 轨道极不稳定.     

近地小行星Apophis的天体测量试验观测

Apophis是一颗对地球具有高潜在威胁的小行星（Potentially Hazardous Asteroid,PHA）．对其开展高精度定位观测可为精确计算其轨道提供基本数据。2013年2月4～7日,使用云南天文台2．4m望远镜云南暗弱天体光谱及成像仪（YunnanFaint-Obiect Spectrograph and Cainera．YFOSC）对Apophis进行观测,采用天体测量软件Astrometrica处理原始CCD图像,获得了一批定位结果,并与JPL历表和IMCCE历表进行了外部比较,结果表明,当与JPL历表比较时,赤经、赤纬两个方向的观测位置减去计算位置（0一C）不大于O．1arcsec,每个方向单次测量精度约为0．1arcsec。     

不可忽视的小行星

在太阳系里,有许多沿着椭圆轨道绕太阳运行而且不易挥发出气体和尘埃的小天体,这就是人们常说的小行星。据估计,太阳系中小行星数以几十万计,小行星的体积大小不一,最大的直径有1000千米左右,最小的只有鹅卵石大小。由于它们的质量很小,一般不会发生像地球沧海桑田那样的变化过程,因此保留了太阳系初期的原始状况,这对于研究太阳系的起源与演化有