月-イジェクタ起源の近地球小惑星カモオアレワの軌道経路

月-イジェクタ起源の近地球小惑星カモオアレワの軌道経路

概要
地球に近い小惑星、カモオアレワ (469219) は、地球の数少ない既知の準衛星の 1 つです。 数値シミュレーションは、
準衛星軌道状態と馬蹄軌道状態の間を遷移します。
百年に一度のタイムスケールで、メガ年にわたってこのダイナミクスを維持します。 これは
反射スペクトルは、月のケイ酸塩との類似性を示唆しています。 地球のような軌道と月面との物理的な類似性を考慮して
材料、我々はそれが起源として生まれたかもしれないという仮説を探ります
月面との流星衝突からの残骸の破片。 私たち
粒子の動的進化の数値シミュレーションを実行する
月面のさまざまな場所からさまざまな範囲で打ち上げられた
排出速度。 これらの噴出物が地球と月の環境から逃げるとき
そして太陽中心軌道に進化すると、打ち上げのごく一部が
条件は、カモオアレワの条件と互換性のある結果をもたらします
動的な動作。 最も有利な条件は発射速度です
後続の月半球からの脱出速度よりもわずかに高い。
キーワード: 天体力学; 小惑星: 小惑星; 太陽系：全般的; 惑星と衛星: 地球、月。 メソッド:数値

1 はじめに
惑星系の小さな天体は、巨大な惑星の軌道を共有できます
1:1 の平均運動共鳴 [1] で解放することにより、長期的に安定した構成で。 このような構成は、共軌道運動と呼ばれます。 の例
共軌道配置は、多くの太陽系惑星で知られています。どこにでもあること
木星。 理想化された円形の制限付き三体問題 (CR3BP) のコンテキストでは、共軌道状態には主に 3 つのタイプがあります。
(T)、ホースシュー (HS)、および逆行衛星/準衛星 (QS) [2]。 二つ
関心のあるケース、馬蹄型および準衛星を図 1 (右上) に示します。
相対的な経度の振動の中心によって区別される
地球に対して、180°と 0°の、 それぞれ。
と共軌道を回るトロヤ群小惑星の長期安定集団とは異なり、
木星、ほとんどの地球に近い小惑星 (NEA) は、動的な混沌とした軌道を持っています。
太陽系の年齢よりもはるかに短い寿命[3]、および小惑星は安定して
このような時間スケールで地球と共軌道を回ることは珍しいことです。 アセスメント
地球の共軌道コンパニオンの総人口はわずか21人です
トロイの木馬タイプのオブジェクトが 2 つ、QS 状態のオブジェクトが 6 つ、処理中のオブジェクトが 13 個あります。
HSモーション; これらの天体はすべて一時的に共軌道状態にあるだけで、
通常、10 年未満の時間スケールで [4、5]。 最近発見された地球の準衛星 (469219) カモオアレワは、地球の準衛星の中でも例外的です。
その HS–QS 遷移の長期的な持続性による共軌道 [6–9]。
カモオアレワの直径は 46 ～ 58 m と推定されており [10]、その軌道は
元素は表 1 にリストされており、長半径は地球に非常に近いものの、軌道の離心率と傾斜角は
NEA の典型ではない。 過去と現在の数世紀にわたる天体暦
JPL Horizons Web サービスから取得した future は、移行が次のことを示しています。
HS から現在の QS 状態への変化は、ほぼ 1 世紀前に発生しました。 というイベント
カモオアレワが再び HS に移行する約 300 年後に反転します。
軌道（図1）。
長期的な数値シミュレーションは、これらの遷移が繰り返されることを示しています
何十万年、あるいは何百万年にもわたって[8、9、11]。 これは、地球で最初に知られている回帰準衛星である小惑星 2002 AA29 と対照的です。
その将来予測された QS 状態は数十年しか続かない [12, 13]。
カモオアレワの地球への接近とその未知の力学的起源
将来の宇宙ミッションの科学的に説得力のある候補にする [14, 15]。
カモオアレワの起源についていくつかの仮説が提唱されている [e.g.,10、11]。 Sharkey と同僚は、その反射スペクトルを測定し、
それは月のケイ酸塩に似た L 型プロファイルを持っている [10]。
典型的なNEA。 これらの著者はまた、カモオアレワがそうなる可能性は低いと結論付けました。
以前の月ミッションからの人工残骸である。 その穏やかな傾斜は、一時的にキャプチャされた NEA を示している可能性があります。
他の惑星共軌道[17]。 しかし、その軌道離心率は典型的ではありません
数値シミュレーションで発見されたそのようなキャプチャされた共軌道状態は、一般に 0.3 (金星交差) から 0.6 (火星交差) の範囲です [18]。 他の提案されたシナリオは、カモオアレワがこれまでに発見されていない準安定個体群のいずれかから、アースムーン システムで発生した可能性があるというものです。
地球のトロヤ群、または流星衝突による月の噴出物 [10]。
現在の作業の焦点は、次の仮説を検証することです。
カモオアレワは月の噴出物として生まれました。 月の表面から発射されたテスト粒子（TP）を数値的にシミュレートし、次のことを行うことでこれに取り組みます
その後の軌道進化。 月の噴出物の動的進化
テスト粒子は、以前に数値シミュレーションで調査されました
[19]。 それらの著者は、月の噴出物粒子かどうかを判断することに焦点を当てていましたが、
地球や月に衝突するか、太陽中心軌道に脱出するか、私たちの仕事は焦点を当てています
そのような粒子がにつながる動的経路を持っているかどうかを判断する
共軌道状態。 これはよりデリケートな問題です。
結果には、統計的にまれな初期条件 (IC) が必要です。 私たちの知る限り、
この質問は以前に調査されていません。 このペーパーの残りの部分は、
以下のように整理されています。 §2 では、簡単な理論的考察について説明します。
詳細については、いくつかの定量的な見積もりと期待を提供してください
数値調査。 私たちが採用した数値的方法論だけでなく、
動的モデルと初期条件の選択については、§3 で説明します。 の
数値探査の結果は §4 に記載されています。 これらがどのように役立つか
月放出仮説を検証する方法については、§5 で説明します。


図 1: 三体問題における共軌道ダイナミクスとその関係
カモオアレワの軌道ダイナミクス。 (左上) この作業で考慮される共軌道の 2 つのクラス: 馬蹄形の仲間は、L3 ラグランジュを中心に振動します。
惑星の位置の正反対にあり、両方の L4 を包含する
および L5 ラグランジュ ポイント。 そして、準衛星は惑星の丘の外を周回します
球であり、共線の L1 と L2 ラグランジュ点の両方を囲みます。 適合しました
[16] から。 (左下) 小惑星の痕跡 (469219) カモオアレワの軌跡
共回転フレームのデカルト座標で。 地球の位置が表示されます
青色の。 (右) カモオアレワの長半径 a と相対平均経度
∆λ = λ − λEarth を時間の関数として、馬蹄形の運動が
紫色、準衛星の動きは緑色で示されています。 軌道データは
JPL の Horizons エフェメリス サービス (2021年 5月 5日に取得)。


図 2: パラメータ θ1, θ2,およびδv。
単位ベクトル ˆr は、地球に向かう方向を定義し、tˆ
横方向。


図 3: 軌道パラメータ空間における月エジェクタ粒子の軌道結果のまとめ。 (左) 14,800回の月の噴出物の5,000年間の軌道進化
（a、e）平面に投影された粒子。 （右）カモオアレワの進化
図の拡大部分では、4 つの異なるカモオアレワ様 (KL) のケースが強調表示されています。 非共軌道軌道のリズムは
プロットを読みやすくするためにダウンサンプリングされています (250 年ごとに 1 ポイント)。


図 4: 発射条件に関連する月の噴出物粒子の結果。
(左の 2 つのパネル) 各点は発射条件を表します: 4 つの発射のうちの 1 つ
場所 (手前、奥、前側、後側)、および発射
速度 (半径成分と接線成分に分解)。 図 2 を参照してください。
発射位置と発射速度成分の方向の図。 赤のポイントは、結果として生じる発射条件を強調しています。
HS 状態、濃い青色の点は 5,000 年のシミュレーション時間中に検出された HS–QS 遷移に対応します。 (右パネル) のヒストグラム
発射速度に対する共軌道出力の周波数。

5 ディスカッション
[5] によって、3 つの小さな NEA — 2020 PN1、2020 PP1、
および 2020 KZ2 — カモオアレワと同じ起源を持つ可能性があります。
それらの近い軌道クラスタリングとそれらが軌道で示す類似点
数千年のタイムスケールでの進化。 調査していません
これらの個々のオブジェクトの軌道ダイナミクス、しかしそれらの類似性
カモオアレワの軌道要素は、カモオアレワの結果が
これらのオブジェクトの起源にも適用できます。
カモオアレワなどの起源に関する月の噴出物仮説
小さな地球の共軌道は、月面衝突との一貫性をテストすることができます
クレーター記録とクレーターの力学。 月の噴出物速度（超過
共軌道の結果を得るために必要な月の脱出速度、2.4 km/s)
月への流星の影響で達成可能であるように見えます。 への影響
月の衝突速度は典型的には 22 km/s で、最高速度は 55 km/s [26, 27] です。
シミュレーション研究は、排出された破片が最大6km/s [24]の速度を達成できることを示しています。 月の二次クレーターの研究に基づいて、
数十メートルの大きさの月の噴出物の破片が逃げることが予想される
直径が約 30 km を超える比較的大きな衝突クレーターからのみ[28]。
過去～1100 Ma の月の歴史 (コペルニクス時代)
月の地質学的タイムスケール)、直径を超える衝突クレーターが 44 ありました。
30 km [29]、このような大きな衝突が平均約 25 Myr の間隔で発生することを示しています。 カモオアレワが月の衝突噴出物である場合、
月面から打ち上げられた O(10^7） 数年前。 私たち
月のクレーターが適切かどうかを調査する別の研究に任せる
サイズ、年齢、地理的位置は、月の噴出物と一致する可能性があります
カモオアレワの起源についての仮説。 そのような研究によって裏付けられた場合、
カモオアレワは、地球に近い小惑星として初めて認識されます。
月のかけら; それは宇宙化学研究にとって非常に興味深いものになるでしょう
古代の月の物質のサンプルとして。
月の噴出物の軌道進化の追加の探査も正当化されます。 ここで報告された数値調査は数が限られていました
そのため、今後の調査の方向性をいくつか挙げておくと便利です。 の中に
現在の研究では、月の噴出物の最も有利な発射速度を特定しました
取られた太陽系の初期条件のカモオアレワのような結果
現在の時代に近い。 私たちはコペルニクスの原則を呼び起こしましたが、
現在の時代は「特別」ではありません。
最初のエポックに対する感度。 最も重要な効果は、
地球の軌道離心率。時間変数であり、エクスカーションを受けます。
O(10^6 のタイムスケールで現在の値の最大 5 倍）年。 その結果、
地球の軌道速度は約 2 km/s 変化します。
脱出する月の噴出物の発射速度 (またはそのかなりの割合) まで。
したがって、これは共軌道結果の頻度に影響を与える可能性があります
月の噴出物を逃れる。 したがって、地球の離心率が異なる初期エポックをサンプリングすることは、地球の統計をより包括的に理解するために必要です。
月の噴出物の共軌道結果。 を調べることも有用であろう.
打ち上げ時の月相の影響。これは、満月と新月での月の噴出物粒子の脱出に対する太陽摂動の相対的な大きさによるものです。
位相は、月の軌道速度のかなりの部分でもあります。
また、その動的メカニズムを理解したいと考えています。
カモオアレワの永続的な HS-QS 遷移が発生します。 3 つの可能な共軌道状態のうち、QS 状態は、地球の小さな天体の中で最もまれに見られます。
太陽系。 平面、円形、制限された 3 つの単純なモデルでは、
本体の問題 (PCR3BP)、ほぼ同一平面上の QS 軌道の固有の安定性
は長い間確立されてきた [30–32]。 の存在と結びついてきました。
PCR3BP [33] の周期軌道の族 f であり、遠隔軌道と呼ばれる
宇宙船のナビゲーションおよびミッション設計への応用における逆行軌道 (DRO) [34、35]。 空間的な問題では、垂直方向の不安定性が発生する可能性があります
また、共軌道状態間の遷移が可能です [36–40]。 レジームでは
[2] は、そのような移行を
小惑星の近日点の永年ドリフトと [11] は、カモオアレワに適用されるメカニズムとしてこれを示唆しています。 最終的に共軌道から脱出する間、
状態は、惑星の永年摂動[41–43]、または惑星の接近遭遇[44]、またはヤルコフスキー主導の移動[9]にリンクされている可能性があります。
カモオアレワの短時間輸送ダイナミクスは、
ラグランジュ点の不変多様体構造 [39, 45, 46]。
たとえば、月の噴出物としての 14 カモオアレワ
[46] Kamo'oalewa の HS-QS 遷移の入口と脱出のメカニズムは、そのような位相空間構造にあると考えているが、[34] は、
ラグランジュは、粘着性への捕獲の動的メカニズムを説明するためにポイントします
QS軌道。 それにもかかわらず、特定の位相空間を特定することは困難です
によって示される動的輸送現象の原因となる構造
カモオレワのような物体。 正確に理解するには、さらなる研究が必要です
カモオアレワのような共軌道天体のダイナミクスにおけるこれら多様体の役割
だけでなく、より広いNEA人口、および小惑星への影響について
私たちの故郷の惑星に危険を及ぼす[40、47]。
警告。 実行される計算の複雑で非線形な性質
いくつかの条件に対する大きな感受性につながります。 たとえば、初期条件
太陽系の天体は JPL Horizons サービスから収集されました。
質量と軌道要素は更新と改良の対象となります。
軌道運命が分類されているという事実から、さらなる不都合が生じる
10,000年以上の軌道進化の5000年の目視検査に基づく
シミュレートされた粒子であるため、結果は人的エラーに対して脆弱です。 異なる結果
5,000年の初期積分時間が変更された場合にも発生する可能性があります。

6 まとめ
月の噴出物の動的運命の数値シミュレーションでは、
大規模な噴出物から予想される噴出物の発射条件の代表的な範囲を調査しました。
隕石衝突事件。 ローンチの大部分 (93% 以上)
私たちが考えた条件は、エジェクタがNEAのAtenグループとApolloグループに似た太陽中心軌道に到達し、共軌道の挙動を示さない結果になりました
検出されました。 これは、以前の結果 [19、25] と一致しています。 ただし、小さいうちに少数 (6.6%) のケースで、感染経路の存在を検出しました。
共軌道状態、最も一般的には馬蹄形の軌道ですが、似ているものもあります
カモオレワのもの。 後者は、準衛星間の永続的な遷移を示します
そして馬蹄軌道。 これらのマイノリティの結果イベントは、以前はありませんでした
報告。 これらの結果の存在は、仮説に信憑性を与えます
カモオアレワは確かに月の噴出物である可能性があります。 打ち上げ条件が一番
そのような結果に好まれるのは、発射速度がわずかに高いものです
月の脱出速度と月の後側からの発射位置。
また、カモオアレワの傾向は接近によって後押しされた可能性があることもわかりました
馬蹄状態で地球に近づく。