Шчыліны Кірквуда

Шчыліны Кірквуда.

Шчыліны Кірквуда — гэта пэўныя вобласці ў поясе астэроідаў, якія ствараюцца рэзанансным уплывам Юпітэра. У гэтых абласцях астэроіды практычна адсутнічаюць.

Справа ў тым, што астэроіды «аддаюць перавагу» радзей сустракацца з Юпітэрам, пазбягаючы тых арбіт, на якіх такія збліжэння могуць адбывацца рэгулярна. Астэроіды не могуць доўгі час існаваць на такіх арбітах, так як з-за гравітацыйнага ўплыву Юпітэра гэтыя арбіты становяцца нестабільнымі. У выніку некаторыя вобласці поясу астэроідаў амаль не запоўненыя — гэта так званыя шчыліны або люкі Кірквуда. А ў іншых вобласцях колькасць астэроідаў, наадварот, рэзка ўзрастае.

Пазбягаючы сустрэч з Юпітэрам, некаторыя астэроіды рухаюцца ў рэзанансе з ім, захоўваючы свае арбітальныя перыяды ў простым суадносінах з перыядам звароту планеты-гіганта. Найпростым выпадкам такога рэзанансу з суадносінамі перыядаў 1:1 і з’яўляюцца «траянцы».

У 1866 годзе амерыканскі астраном Дэніэл Кірквуд упершыню прадказаў існаванне шчылін у размеркаванні перыядаў кручэння астэроідаў і ў размеркаванні вялікіх паўвосяў іх арбіт. Кірквуд вызначыў, што астэроіды пазбягаюць тых перыядаў, якія знаходзяцца ў простых цэлалікавых суадносінах з перыядам звароту Юпітэра вакол Сонца, напрыклад, 1:2, 1:3, 2:5 і т. п. Пад дзеяннем гравітацыйнага ўплыву Юпітэра астэроіды змяняюць арбіту і выкідваюцца з гэтай вобласці прасторы.

Так, напрыклад, ёсць вельмі мала астэроідаў з вялікай паўвоссю 2,5 а. е. і перыядам 3,95 года, у іх на тры абарачэння вакол Сонца прыпадае адзін абарот Юпітэра. Адпаведна рэзананс з Юпітэрам будзе складаць 3:1. Такі астэроід будзе збліжацца з Юпітэрам на мінімальна магчымую адлегласць значна часцей, чым іншыя астэроіды, якія знаходзяцца на звычайных не рэзанансных арбітах, а менавіта праз кожныя 3 абароту. З прычыны гэтага, ён будзе рэгулярна адчуваць на сабе моцнае гравітацыйнае ўзаемадзеянне гэтай планеты, з-за чаго эксцэнтрысітэт арбіты рэзанансных астэроідаў пад дзеянне гравітацыі планеты-гіганта будзе паступова ўзрастаць, прычым значна хутчэй, чым у іншых астэроідаў, у выніку чаго астэроід у рэшце рэшт выкідваецца з такой арбіты і пераходзіць на больш стабільную.

Больш слабыя рэзанансы, пры якіх збліжэння адбываюцца менш часта, прыводзяць да паступовага памяншэння колькасці астэроідаў, пачынаючы з найбольш дробных. Максімальныя жа канцэнтрацыі астэроідаў (пік на гістаграме) часцяком адпавядае арбітах, на якіх звяртаюцца некаторыя буйныя астэроіднага сямейства.

Існаванне шчылін было прадказана Даніэлем Кірквудам яшчэ ў 1857 годзе, калі было адкрыта ўсяго каля 50 астэроідаў, што было занадта мала, каб пацвердзіць яго тэорыю, але цяпер, калі колькасць адкрытых астэроідаў пераваліла за 300 000, яго слушнасць ужо не выклікае сумненняў.

Размеркаванне Кірквуда ўяўляюць сабой найбольш наглядны выпадак арбітальнага рэзанансу, аналагічны падзелу Касіні ў кальцавой сістэме Сатурна.

Зусім нядаўна было выяўлена параўнальна невялікі лік астэроідаў з высокім эксцэнтрысітэтам, арбіты якіх ляжаць у вобласці Кірквуда. Прыкладамі такіх астэроідаў з’яўляюцца сямейства Алінды і сямейства Гріква. Арбіты гэтых астэроідаў павольна, але няўмольна павялічваюць свой эксцэнтрысітэт з-за занадта частых збліжэнняў з Юпітэрам і ў канчатковым выніку праз некалькі дзесяткаў мільёнаў гадоў будуць выкінутыя гравітацыяй планеты-гіганта за межы гэтай вобласці.

Рэзанансы

У адпаведнасці з трэцім законам Кеплера можна разлічыць рэзанансы паміж некаторымі арбітамі астэроідаў і Юпітэрам.

${\frac {T_{1}}{T_{2}}}=({\frac {R_{1}}{R_{2}}})^{3/2}$

Правёўшы адпаведныя разлікі можна ўсталяваць найбольш вядомыя шчыліны Кірквуда (гл. дыяграму), размешчаныя на наступных сярэдніх арбітальных радыусах:

• 2,06 а. е. (рэзананс 4:1)
• 2,5 а. е. (рэзананс 3:1), арбіта астэроідаў сямейства Алінды
• 2,82 а. е. (рэзананс 5:2)
• 2,95 а. е. (рэзананс 7:3)
• 3,27 а. е. (рэзананс 2:1), арбіта астэроідаў сямейства Гріква

Больш слабыя рэзанансныя арбіты, якія таксама можна знайсці на карце:

• 1,9 а. е. (рэзананс 9:2)
• 2,25 а. е. (рэзананс 7:2)
• 2,33 а. е. (рэзананс 10:3)
• 2,71 а. е. (рэзананс 8:3)
• 3,03 а. е. (рэзананс 9:4)
• 3,075 а. е. (рэзананс 11:5)
• 3,47 а. е. (рэзананс 11:6)
• 3,7 а. е. (рэзананс 5:3)

Гл. таксама

• Арбітальны рэзананс
• Шчыліна Касіні
• Пояс астэроідаў

Спасылкі

• Естественно-научный образовательный портал (Орбиты астероидов)(недаступная спасылка)
• Article on Kirkwood gaps at Wolfram’s
• A method to create a short-term simulation Архівавана 16 ліпеня 2011.