利用雷达数据检测流星尘埃带中的共振结构

按:从astroleaks建站伊始我就一直关注着,但每次都有一种很想发言却插不上话的感觉,因为大家主要讨论星系、宇宙学等方面的内容,而我折腾的却是太阳系内天体,别说别的了,连长度单位量纲都差十万八千里…… 所以一直只好做围观党了。不过马上要开始读研了,得赶紧进入状态,所以还是做太阳系领域吃螃蟹的第一人吧,也希望和原先的我一样正在围观的其他领域的高人,也能快快加入,毕竟众人抬柴火焰高嘛。

我在astroleaks的处女贴献给了未来老板Peter Brown最新的一篇文章(不过不是一作)。Brown教授的研究方向是近地小行星,主要是流星方面。最近我将主要折腾他的文章。

标题:Dynamical resonant structures in meteoroid stream orbits

  • 作者:Soja, R. H.; Baggaley, W. J.; Brown, P.; Hamilton, D. P.
  • 论文索引:MNRAS, 414, 1059
  • 编辑供稿: Ye Quanzhi (The University of Western Ontario )

    背景知识:

      共振这概念陪伴我们已经相当久了,在天文上也可谓无处不在。最最初步的例子大概是大家刚开始玩望远镜时观察伽利略卫星了,加你妹的、欧罗巴和矮油三颗卫星(好吧…… 乱起名字是我的坏习惯,或者说是木卫三、木卫二和木卫一)的就组成一个1:2:4的共振,相当和谐。流星群尘埃带是由它们的母体(一般是彗星)不断喷洒出来的。由于喷洒速度总会有一点差异,因此不排除会有一些微粒偏到了共振带里头去(这里的共振对象一般都是指太阳系的第二老大——木星),当然也不排除母体本身就和木星组成轨道共振关系。

      和我一样对数理概念非常健忘的朋友这时可以复习一下WikiPedia中的Orbital resonance词条,有很详尽的解释。

      如果你和老大行为步调一致,那有两种后果,第一种是老大认为你存在威胁,把你K掉,第二种是老大特别赏识你所以最后基情四射。同样,某东西和木星产生共振以后也会有两种后果,一种是被弹射出去,一种是变得特别稳定。不过,同黑帮里一样,被弹射出去的可能性要更大,因为老大一般都是很多疑而且很有防备心的。最著名的例子当属Kirkwood Gap(在3:1, 2:1等共振带上)。

      为什么要说这个呢?因为这对流星尘埃带是很重要的。流星尘埃带就是一盘散沙组成的,它们能否上位干一票而留名千古,还是逐渐淹没在历史的长河中,这是要木星老大说了算的。

      不过,在共振下变得特别稳定的“流星尘埃聚集区块”目前还没有很确定的在观测上鉴别出来,尽管它们理论上应该是存在的。这篇文章干的事就是尝试用加拿大流星观测雷达(CMOR)获得的数据将这个“共振块”鉴别出来。

    观测目标的选取以及数据的获得:

      由Brown等人建设并维护的CMOR是一个由三个子雷达组成的网络,从2001年开始运行。它们可以相当精确地测定一颗流星进入大气层的角度和速度,从而反演出它的轨道。这个雷达阵最低可以检测到等价视亮度仅为7.5等的流星。

      任何观测数据都会有一定的误差。为了使得测量误差尽可能的小,我们也不能随便选取观测目标流星群了。简单地说,目标流星群速度不可以太快,但流量也不能太小(不然得不到足够大的样本),同时轨道偏心率不可以太大(不然对其最似然轨道也将无法被很可信地测量),辐射点也必须在CMOR的观测范围内。最后,当然,流星群必须存在形成明显的共振块的可能—— 哎,这么多限制,真是和Geek找女友差不多啊。最后,我们的目光锁定在了恩克同学提供的南北金牛座流星雨上面,它很好的满足我们的这么多个要求(它可能形成一个7:2的共振块)。本文作者从CMOR观测数据里提取了差不多8000颗金牛座流星的数据以便进行研究。

    共振块的模拟:

      要找MM的时候,当然得先做一个“最想要的”MM的假想模型,然后匹配着去找;在做假说验证的时候的流程其实也惊人的相似。现在,我们当然首先得通过模型的办法,得到我们要找的这个共振块的一些具体特征。本文作者用了三种方法:Murray & Dermott等人提出的分析法,Gallardo等人提出的准分析法,以及使用HNBody积分程序积分出结果。具体的办法我就不仔细说明了,因为作者本人已经总结得很精辟,基本也就是代几条公式以及拿HNBody进行模拟,结论也比较接近。最后得出的结果是:共振块的轨道半长径在2.26 a.u.附近,共振块(在轨道半长径上的)宽度大概是0.047 a.u.。最后,从严谨性上考虑,作者还证明了一下只用木星作为摄动体来做讨论是没有问题的(还说了一句计算速度快多少倍云云)。

    模拟结果 v.s. 观测结果:

      剩下的事情就很简单了,直接用统计学的办法分析CMOR观测到的8000多颗流星,看看在2.26 a.u.附近有没有特殊现象出现。因为如果不存在共振的影响的话,流星体随轨道半长径的变化应该满足高斯分布。结果也不是很尽如人意:并未发现在2.26 a.u.附近有东西“突”出来。

      出现这种现象的可能性有二:观测数据误差太大,或者共振区内的流星体无法被雷达检测到。作者随后考察了第一种可能性出现的条件,这里的思路比较简单,但操作过程比较复杂,具体的办法是制作了一些“假”共振块的流星放进数据里面,考察系统的敏感度。结果发现:按目前的系统以及样本容量,必须要差不多一半的流星体来自共振块才能被有效检测到(这是不现实的);否则系统的误差范围必须缩小一个数量级才行。使用目视观测结果以及高分辨率资料,同样无法检测到共振块——但因为目视观测结果以及高分辨率资料都存在各自的缺陷,这个验证最多算是“锦上添花”,不能自成一体。

    主要结论:

    1. 没在观测上证实金牛座流星雨7:2共振块(最容易观测到的共振块)的存在;
    2. 原因可能是雷达系统还不够牛掰;
    3. 所以我们需要更加牛掰的系统(换言之,需要更多)以便观测到这一共振块,以及,更进一步的,观测共振块里的微尺度结构。
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    7 Replies to “利用雷达数据检测流星尘埃带中的共振结构”

    1. Song Huang

      Chrome 12.0.742.122 MacIntosh

      赞 加你妹的和矮油的翻译,哈哈

      不过其实我也写过一篇用WISE找小行星的,也算是太阳系内了吧

      AstroLeaks没有任何的方向偏见,而且我们的一个目标就是能让国内的同学们意识到知识面和科学视野的重要性,能够主动了解和欣赏非自己研究方向的有意思工作!

      • Ye Quanzhi

        Firefox 5.0 Windows XP

        哎,看到了那篇关于小行星的了,还有另外一篇关于行星科学的…… 看来的确是我看漏了啊,以后要经常刷。

      • Ye Quanzhi

        Firefox 5.0 Windows XP

        论文里有简单的介绍,现在不在实验室调不出来了…… 因为并非论文的中心问题,所以笔记里也没有记,估计要翻CMOR的技术文档。这估计算在了观测数据的uncertainty里面吧……

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