Dinâmica de rotação de satélites naturais: os casos de Phobos, Enceladus e Ganimedes

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Data

2021-11-30

Autores

Ferreira, Sabrina Carolina [UNESP]

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Editor

Universidade Estadual Paulista (Unesp)

Resumo

O estudo da dinâmica rotacional de satélites naturais acompanha a Mecânica Celeste desde os primórdios e a cada dia se mostra mais relevante. A maioria dos chamados “satélites regulares” do Sistema Solar estão em estados dinâmicos chamados “síncronos”. Devido à ação de torques de diferentes naturezas, oscilações em torno destes estados de equilíbrio definem a denominada libração física do corpo do satélite. A partir de medidas observacionais da libração física determinadas por sondas espaciais ou outros métodos, é possível inferir informações acerca do interior dos satélites comparando-as com as amplitudes estimadas analiticamente. O foco do projeto é o estudo da dinâmica rotacional dos satélites naturais regulares: Ganimedes (satélite de Júpiter), Enceladus (Saturno), Phobos (Marte) e Lua. Neste trabalho: i) Deduzimos analiticamente aproximações lineares integráveis da equação do movimento de rotação dos satélites, nos casos homogêneo e com camadas (diferenciado); ii) Resolvemos as equações diferenciais de rotação exatas numericamente, explorando propriedades gerais do espaço de fase de rotação por meio de superfícies de seção desses satélites no caso homogêneo; iii) Calculamos os espectros das soluções a partir da Transformada Rápida de Fourier a fim de se estimar as amplitudes e períodos da libração física no caso homogêneo, e aplicamos a técnica a diferentes modelos de estrutura interna para Enceladus calculando mapas dinâmicos. Nossas análises podem ser comparadas com diversos trabalhos já publicados ou em progresso acerca da detecção da libração física. No caso das análises do espaço de fase, os resultados esperados são originais no sentido de que a dinâmica global das regiões do espaço de fase de rotação dos satélites em questão em torno da configuração de equilíbrio 1:1 é pouco explorada.
The study of the rotational dynamics of natural satellites accompanied by Celestial Mechanics from the beginning and every day proves to be more relevant. Most of so called "regular satellites" of the Solar System are in dynamic states called "synchronous". Due to the action of torques of different natures, oscillations around these equilibrium states defined the name physical libration of the satellite body. From observational measurements of physical libration determined by space probes or other methods, it is possible to infer information about the interior of satellites by comparing them with the amplitudes estimated analytically. The focus of the project is to study the rotational dynamics of regular natural satellites: Ganymede (Jupiter satellite), Enceladus (Saturn), Phobos (Mars) and Moon. In this work: i) We analytically deduce integrable linear approximations from the equation of rotational motion of satellites, in homogeneous cases and with differentiated layers; ii) We solve numerically exact rotational differential equations, exploring general properties of the rotational phase space by means of the section surfaces of these satellites in the homogeneous case; iii) We calculate the spectra of the solutions from the Fast Fourier Transform in order to estimate the amplitudes and periods of the physical libration in the homogeneous case, and we apply the technique to different internal structure models for Enceladus, calculating dynamic maps. Our analyzes can be compared with several works already published or in progress on the detection of physical libration. In the case of phase space analyses, the expected results are original in the sense that the global dynamics of the phase space regions of rotation of the satellites in question around the 1:1 equilibrium configuration is little explored.

Descrição

Palavras-chave

Astronomia, Mecânica celeste, Problema dos dois corpos, Astronomy, Celestial mechanics, Two body problem

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