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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:許慧君
研究生(外文):Hui-Chun Hsu
論文名稱:早期太陽系系統中KBOs的形成與碰撞演化
論文名稱(外文):Formation and Collisional Evolution of KBOs in the Primitive Solar System
指導教授:江瑛貴葉永烜許瑞榮許瑞榮引用關係
指導教授(外文):Ing-Guey JiangWing-Huen Ip
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:天文研究所
學門:自然科學學門
學類:天文及太空科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:92
中文關鍵詞:太陽系古伯帶
外文關鍵詞:KBOs
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遠在太陽系的邊緣,約30-50AU之間,存在著至少有100,000個直徑超過100公里的小天體,這些小天體在黃道面附近分佈成一個扁平的薄盤,此即為古伯帶。在古伯帶中的小天體,簡稱為KBOs。

在1950年左右,Edgeworth與Kuiper就分別預測過在太陽系的外緣有小天體群的存在。直到1992年,Jewitt 和 Luu觀測到第一顆KBO-1992QB1,證實了古伯帶的存在。至2002年3月為止,科學家已經發現了500多顆KBOs。從動力性質的不同可將KBOs分成三大類 : CKBOs、Plutinos和SKBOs。KBOs的物理性質如:數量分佈、總質量、軌道傾角與多樣性的顏色…等,都是科學家近年來感興趣的研究方向。KBOs因位在太陽系邊緣,不易受到太陽和大行星的擾動作用,故保存釵h早期原始太陽系的性質。研究KBOs的大小、內部結構可以讓我們多瞭解太陽系的形成過程與早期面貌。目前認為KBOs是短週期彗星和行星際塵埃的來源,故從瞭解KBOs的性質可以增加對短週期彗星和行星際塵埃的認識。此外,對早期行星的演化,包括大氣與海洋的形成、生物的起源以及急遽的環境變遷..等,都可以提供重要的資訊。

我們的模型在嘗試模擬KBOs在太陽系早期的碰撞演化過程。假定一個以太陽為中心的環狀結構,給一定的總質量與初始粒子分佈,來模擬這些粒子的碰撞演化過程與結果。模擬分成兩大部分:無撞碎機制與有撞碎機制。我們討論原始總質量、Safronov parameter、質量間隔係數與初始粒子大小等四個參數對演化的影響,並嘗試模擬出冥王星尺寸的天體。我們也討論在距太陽不同距離的區域,當模擬初始條件相同時,會有什麼不同的演化結果。

模擬的結果發現,原始總質量越大,可以產生的天體就越大,並推論在KBOs剛開始形成的時候,總質量至少大於10M?,相當於現在KBOs總質量的100倍。初始粒子越大,演化出的天體就越大。我們並修正模型的參數,嘗試演化出直徑類似冥王星尺寸的天體。我們除了對30-50AU的區域做模擬外,並將模擬區域設定為20-30、30-40、40-50與50-60AU,距離太陽越近,其演化出的天體就越大,因為其碰撞機率越高所致。整體言之,我們製作了一個演化模型,並對各個參數進行測試,瞭解參數值對演化結果的影響。今後我們可以利用這個模型為工具,來做各種不同的模擬。

未來,我們希望可以嘗試修正速度演化、質量間隔係數、初始粒子與時間間隔…等相關參數,來進行更精確的模擬,並利用這個模型來模擬小行星的演化過程。將來TAOS與New Horizons…等任務觀測到更多的KBOs資料後,可以與我們模擬的結果相互驗證。


The population of Kuiper Belt Objects (KBOs) in trans-Neptunian orbits plays an important role in the formation of our solar system. The running-bin approximation of Wetherill (1990) is used to simulate the accretional growth of these objects up to Pluto’s size in the early solar nebula. The late phase of the collisional interaction with fragment high velocity collision will also be investigated with a view to compare the evolutionary histories of KBOs in different orbits (i.e. low inclination vs. high inclination) and hence the supply of short-period comets.


緒論
過去模型與結果
模型基本概念
模擬結果
結論與未來展望


Brown, M. E. 2001, AJ, 121,2804-2814 ,The Inclination Distribution of the Kuiper BeltChiang, E. I. & Brown, M. E. 1999, AJ, 118,1411-1422 ,Keck Pencil-Beam Survey for Faint Kuiper Belt ObjectsDavis, D. R. & Farinella, P. 1997, ICARUS, 125,50-60 ,Collisional Evolution of Edgeworth-Kuiper Belt ObjectsDavis, D. R. & Farinella, P. & Weidenschilling, S. J. 1999, LPI, 30.1883 ,Accretion of a Massive Edgeworth-Kuiper BeltDavis, D. R. & Marzari, F. & Weidenschilling, S. J. & Farinella, P. 1996, DPS, 28.0708D ,Accretion in the Outer Solar System: On the Formation of Neptune and Edgeworth-Kuiper ObjectsFernandez, J. A. 1980, Mon.Not.R.astr.Soc., 192,481-491 ,On the existence of a comet belt beyond NeptuneFarinella, P. & Davis, D. R. 1996, SCIENCE, 273,938-941 ,Short-period comets: Primordial bodies or collisional fragments?Fernandez, J. A. & Ip, W. H. 1984, acm..proc..387F ,Dynamical Origin of the Short-Period CometsIda, S. & Larwood, J. & Burkert A. 2000, AJ, 528, 351-356 ,Evidence for Early Stellar Encounters in the Orbital Distribution of Edgeworth-Kuiper Belt ObjectsJewitt, D. C. & Luu, J. X. 1993, NATURE, 362,730-732 ,Discovery of the candidate Kuiper belt object 1992 QB1Jewitt, D. C. & Luu, J. X. 1998, AJ, 115,1667-1670 ,Large Kuiper Belt Objects: The Mauna Kea 8K CCD SurveyJewitt, D. C. & Luu, J. X. 1998, AJ, 502,L91-L94 ,Deep Imaging of the Kuiper Belt with the Keck 10 Meter TelescopeJewitt, D. C. & Luu, J. X. 2001, AJ, 122,2099-2114 ,Colors and Spectra of Kuiper Belt ObjectsKenyon, S. J. & Luu, J. X. 1998, AJ, 115,2136-2160 ,Accretion in the Early Kuiper Belt. I. Coagulation and Velocity EvolutionKenyon, S. J. & Luu, J. X. 1999, AJ, 118,1101-1119 ,Accretion in the Early Kuiper Belt. II. FragmentationLevison, H. F. & Stern, S. A. 2001, AJ, 121,1730-1735 ,On the Size Dependence of the Inclination Distribution of the Main Kuiper BeltDuncan, M, & Quinn, T. & Tremaine, S. 1988, AJ, 328,L69-L73 ,The origin of short-period cometsRyan, E. V. & Davis, D. R. & Giblin, I. 1999, ICARUS, 142,56-62 ,A Laboratory Impact Study of Simulated Edgeworth-Kuiper Belt ObjectsStern, S. A. & Colwell, J. E. 1997, AJ, 114,841-849 ,Accretion in the Edgeworth-Kuiper Belt: Forming 100-1000 KM Radius Bodies at 30 AU and BeyondStern, S. A. & Colwell, J. E. 1997, AJ, 490,879-882 ,Collisional Erosion in the Primordial Edgeworth-Kuiper Belt and the Generation of the 30-50 AU Kuiper GapTegler, S. C. & Romanishin, W. 1998, NATURE, 392,49-50 ,Two distinct populations of Kuiper-belt objectsTegler, S. C. & Romanishin, W. 2000, NATURE, 407,979-981 ,Extremely red Kuiper-belt objects in near-circular orbits beyond 40 AUWeidenschilling, S. J. 1974, ICARUS, 22, 426-435 ,A model for accretion of the terrestrial planetsWeidenschilling, S. J. 1976, ICARUS, 27, 161-170 ,Accretion of the terrestrial planets. IIWetherill, G. W. 1990, ICARUS, 88, 336-354 ,Comparison of analytical and physical modeling of planetesimal accumulationWetherill, G. W. & Lissauer J. J. 1992, ICARUS, 100, 440-463 ,An alternative model for the formation of the asteroidsWetherill, G. W. & Stewart, G. R. 1989, ICARUS, 77, 330-357 ,Accumulation of a swarm of small planetesimalsWetherill, G. W. & Stewart, G. R. 1993, ICARUS, 106, 190-209 ,Formation of planetary embryos - Effects of fragmentation, low relative velocity, and independent variation of eccentricity and inclination

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