Estudo da evolução orbital de partículas em ressonância de corrotação e Lindblad e sob influência de satélites coorbitais: aplicação aos arcos planetários
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Data
2019-02-20
Autores
Madeira, Gustavo Oliveira [UNESP]
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Editor
Universidade Estadual Paulista (Unesp)
Resumo
Orbitando Saturno encontram-se Anthe, Methone e Aegaeon, três pequenos satélites coorbitais a arcos planetários e em ressonância de corrotação excêntrica com o satélite Mimas, do tipo 10:11 para o arco de Anthe, 14:15 para o arco de Methone e do tipo 7:6 para o arco do anel G (arco coorbital ao satélite Aegaeon). Neste trabalho é estudada a dinâmica de partículas micrométricas em ressonância de corrotação excêntrica, sob o efeito de forças perturbadoras (força de radiação solar e arrasto do plasma) e da influência gravitacional de pequenos satélites. A ressonância de corrotação excêntrica m + 1:m é responsável por criar m sítios nos quais as partículas permanecem azimutalmente confinadas. Quando incluídos satélites hipotéticos nos sítios, as partículas rapidamente colidem como estes, de modo que os sítios ficam vazios em algumas centenas de anos. Ainda foi constatado que existe uma correlação entre o tempo de vida das partículas com o tamanho físico do satélite, sendo verificado um aumento do tempo de vida dos sítios com o raio do satélite, para satélites com raios da ordem de metros, passando a decrescer para satélites com raios da ordem de quilômetros. Tal resultado se deve ao fato dos satélites pequenos tenderem a apenas perturbar a órbita das partículas, as quais realizam maiores excursões em relação ao centro do sítio, enquanto satélites maiores confinam as partículas azimutalmente, de modo que estas permanecem em ressonância de corrotação com Mimas e com o satélite. Efeitos gerados no semi-eixo maior pela força de radiação solar e arrasto do plasma levam as partículas a saírem do confinamento e os efeitos na excentricidade promovem cruzamentos da trajetória das partículas com a órbita dos satélites, facilitando colisões. Supondo serem formados por partículas menores que 10 μm, os sítios das ressonâncias de corrotação 7:6, 14:15 e 10:11 têm tempos de vida máximos menores que 140, 25 e 15 anos, respectivamente. O tempo para estes reporem o material por meio do processo de colisões com projéteis interplanetários é, no mínimo, uma ordem de grandeza maior que os tempos de vida obtidos. Logo, os arcos devem ser estruturas transientes. Analisando o arco do anel G, vê-se que partículas menores que 10 μm saem do arco ou colidem com Aegaeon em menos de 30 anos, enquanto as ejetadas da superfície deste satélite possuem tempos de vida máximos de 300 anos, de modo que o satélite não corresponde a fonte de material para o arco e para o anel. A dinâmica dos arcos do anel Adams de Netuno também foi analisada, supondo que estes são confinados azimutalmente por quatro satélites coorbitais. Verifica-se que dois dos arcos se encontram em ressonância de Lindblad excêntrica 42:43 com Galatea e dois não, de modo que as partículas fora da ressonância sofrem encontros próximos com os satélites e saem do confinamento. Incluindo a força de radiação solar, todas as partículas tendem a sair dos arcos, entretanto as provenientes dos dois primeiros arcos permanecem na região próxima
Anthe, Methone and Aegaeon are three tiny saturnian moons. They are coorbital to planetary arcs and are trapped in corotation eccentric resonances with Mimas: 10:11 Anthe’s arc, 14:15 Methone’s arc and 7:6 G ring arc (Aegaeon’s arc). In this work we studied the dynamics of the particles trapped in the corotation eccentric resonances under the effects of dissipative forces (solar radiation force and plasma drag) and coorbitals moonlets. The m + 1:m corotation eccentric resonance creates m sites where the particles will be azimuthally confined for more than 100 thousand years. When satellites are located in the sites, the particles quickly collide with them and these sites are cleaned in a few hundred years. We verified an increase in the lifetime of the sites with the satellites’ radii, for moons with radius of the order of meters, and a decrease in the lifetime with an increase of the satellites’ radii, for kilometer-sized satellites. Satellites with radii of the order of meters only disturb the particles’ orbits, so the particles perform large excursions in relation to the site’s center. Satellites with kilometric radii azimuthally confine the particles, wich remain in resonance with Mimas and with the coorbital satellite. The solar radiation force and plasma drag effects on the semimajor axis remove particles from the azimuthal confinement and the effects on the eccentricity favor collisions with the satellites. The sites of the 7:6, 14:15 and 10:11 corotation resonance, if composed by particles smaller than 10 μm, have lifetimes of less than 140, 25 and 15 years, respectively. The time to the satellites replenish the site due the interplanetary projectiles collisions process are, at least, an order of magnitude greater than the sites’ lifetimes. Thus, the arc are transient structures. For the G ring arc, we obtain that particles smaller than 10 μm leave the arc or collide in less than 30 years and those ejected by Aegaeon collide in less than 300 years. So, Aegaeon is not the arc and ring source. We also analyzed the Neptune’s ring arcs, assuming that they are azimuthally confined by coorbital moons. We verified that the Fraternité and Egalité arcs are in 42:43 Lindblad eccentric resonance with Galatea and the Liberté and Courage arcs do not. Due to this, the particles of the both last ones pass through close encounters with the satellites and leave the arcs. If we include the solar radiation force, all the particles leave the arcs, however the particles initially at Fraternité and Egalité remain in the close region. So we explain the dispersion of the arcs of Neptune
Anthe, Methone and Aegaeon are three tiny saturnian moons. They are coorbital to planetary arcs and are trapped in corotation eccentric resonances with Mimas: 10:11 Anthe’s arc, 14:15 Methone’s arc and 7:6 G ring arc (Aegaeon’s arc). In this work we studied the dynamics of the particles trapped in the corotation eccentric resonances under the effects of dissipative forces (solar radiation force and plasma drag) and coorbitals moonlets. The m + 1:m corotation eccentric resonance creates m sites where the particles will be azimuthally confined for more than 100 thousand years. When satellites are located in the sites, the particles quickly collide with them and these sites are cleaned in a few hundred years. We verified an increase in the lifetime of the sites with the satellites’ radii, for moons with radius of the order of meters, and a decrease in the lifetime with an increase of the satellites’ radii, for kilometer-sized satellites. Satellites with radii of the order of meters only disturb the particles’ orbits, so the particles perform large excursions in relation to the site’s center. Satellites with kilometric radii azimuthally confine the particles, wich remain in resonance with Mimas and with the coorbital satellite. The solar radiation force and plasma drag effects on the semimajor axis remove particles from the azimuthal confinement and the effects on the eccentricity favor collisions with the satellites. The sites of the 7:6, 14:15 and 10:11 corotation resonance, if composed by particles smaller than 10 μm, have lifetimes of less than 140, 25 and 15 years, respectively. The time to the satellites replenish the site due the interplanetary projectiles collisions process are, at least, an order of magnitude greater than the sites’ lifetimes. Thus, the arc are transient structures. For the G ring arc, we obtain that particles smaller than 10 μm leave the arc or collide in less than 30 years and those ejected by Aegaeon collide in less than 300 years. So, Aegaeon is not the arc and ring source. We also analyzed the Neptune’s ring arcs, assuming that they are azimuthally confined by coorbital moons. We verified that the Fraternité and Egalité arcs are in 42:43 Lindblad eccentric resonance with Galatea and the Liberté and Courage arcs do not. Due to this, the particles of the both last ones pass through close encounters with the satellites and leave the arcs. If we include the solar radiation force, all the particles leave the arcs, however the particles initially at Fraternité and Egalité remain in the close region. So we explain the dispersion of the arcs of Neptune
Descrição
Palavras-chave
arcos planetarios, anéis planetarios, satélites, ressonâncias orbitais, Forças dissipativas, Planetary arcs, Planetary rings, Orbital resonances, Dissipative forces, Satellites, Órbitas, Perturbação (Astronomia)