小卫星可能塑造半人马族小行星Chariklo周围独特的两个薄环

December2017

卡西尼号飞船拍摄的牧羊人卫星潘多拉和普罗米修斯（每个直径约80公里）对土星F环的作用。卫星的引力导致了图中所示的扰动，从而限制了这个薄环。在这里，我们模拟了Chariklo的一个牧羊人月亮，它通过相同的过程来限制这些环。致谢:美国国家航空航天局/JPL/空间科学研究所

（）据行星科学研究所：半人马族Chariklo星周围独特的两个薄环可能是由一颗更小的卫星形成的。Chariklo是一个半人马族天体，它是一个小天体，大小类似于小行星，但成分类似于彗星，在外太阳系中围绕太阳旋转，主要位于木星和海王星的轨道之间。

“小行星周围的环只是最近才被发现的，目前已知的此类系统只有一小部分。人们对巨行星周围耀眼的光环进行了大量研究；然而，行星科学研究所高级科学家阿曼达·西卡福斯说，她是《行星科学杂志》上发表的《（10199）查理克洛环的共振扰动数值模拟》的主要作者。

“我们已经证明，小天体周围存在薄环的可能性之一是它们正在被一颗小卫星雕刻。”

该论文首次报道了带有卫星的小天体环系统的多体模拟。使用计算机软件来模拟多个（N个）组件的物理动态，从而进行N体模拟。N体模拟的结果提供了对正在建模的系统的动态演化的洞察。



这项研究模拟了Chariklo周围的星环，卫星半径约为3公里，平均运动共振为6:5。环形粒子显示为白色。两个环的位置和宽度与在Chariklo观测到的大致相同。内环在Chariklo周围不对称，这也与来自Chariklo的恒星掩星数据一致。我们的软件模拟了一个细胞中的数百万个环形粒子，因此这张图像是通过将一个轨道周期内不同时间的细胞值结合在一起而创建的。致谢:Sickafoose & Lewis（2024年）。

在这种情况下，通过在一个类似Chariklo的系统中模拟几百万个环粒子，表明一个单一的千米大小的卫星可以保持两个与观测到的环具有相似属性的环。

“我们认为环粒子主要是由水冰构成的，就像大行星上的水冰一样。我们不知道确切的特征，例如环形粒子碰撞时的“硬”或“软”程度，或者粒子大小分布。西卡福斯说:“进一步的模拟可以帮助限制这些特性。”

“行星环会随着时间的推移自然扩散或分散。Chariklo展示了两个薄环，宽度为几公里。西卡福斯说:“为了让环保持这么薄，需要有一种机制来限制物质并防止其分散。”

“我们实际上在论文中通过模拟一个没有卫星的类似Chariklo的环系统来展示这一点，我们发现环的宽度随时间线性增加。这与有一颗卫星与环物质共振的情况不同，后者将环限制在观察到的千米大小的宽度内。”

查里克洛星大小约250公里，是第一个被发现有星环的半人马星，它们受到约束。

“我们的论文表明，类似Chariklo的环可以受到一颗小卫星的约束，这颗卫星的半径约为3公里，质量为1013公斤。这种大小的卫星低于我们目前的直接成像极限，因此需要间接方法或航天器任务来发现它。”

“有人提出了一种替代机制，即Chariklo表面存在重力异常，环与原子核的自旋共振；查里克洛每转一圈，光环就绕轨道运行一周。西卡福斯说:“对于卫星或具有引力异常的自旋轨道共振来说，作用于环形粒子的物理学原理是相似的。”

“有趣的是，根据大多数合理的假设，Chariklo环也位于罗氏极限附近或外部。“洛希极限是环不应该存在的大致距离，因为物质应该开始吸积成卫星——在这个距离上，来自母行星的引力扰动不足以剪切粒子，它们可以形成更大的团块，”西卡福斯说。

“在这种情况下，卫星可以干扰环物质并阻止其增生，类似于在土星F环中看到的情况。”