轨道和旋转动力学

轨道和旋转动力学土星的卫星有不寻常和令人费解的特点,其中一些有关他们的交互与戒指。例如,三个小卫星两面神,厄庇墨透斯,潘多拉主环的外缘附近的轨道系统,被认为已经收到角动量,一个细微但却稳定的向外推,从环粒子通过集体引力相互作用。这个过程的影响是减少传播的戒指环之间的碰撞造成的粒子和驱动这些卫星轨道更大。因为体积小的卫星,科学家们发现很难找到一种机制,通过这种机制这一过程经历了太阳系的年龄在没有驱动卫星远远超出他们当前的位置。主环的外边缘的清晰度等内部卫星系统和目前的轨道Atlas是令人费解,他们似乎支持这一想法,目前环系统比土星本身年轻多了。

潘多拉及其近邻月亮,普罗米修斯,被称为牧羊人之月因为他们的影响环粒子。在旅行者1号的飞越,两具尸体被发现轨道两侧的狭窄的F环,本身已经发现,只有去年同期的先锋11。与F环卫星的引力相互作用产生一个“牧羊”效应,戒指的组成粒子都局限于一个狭窄的乐队。普罗米修斯,内部的牧羊犬,传输环粒子角动量,推动环外,本身内,虽然潘多拉,外层牧羊犬,接收来自环粒子角动量,戒指本身向内和向外。卡西尼号获得了惊人的视频记录这个过程的,在这复杂的波状的乐队的粒子被吸引从F环牧羊人把它。(这个词牧羊人通常是用来描述任何月球约束通过重力环的程度。因此,在这个意义上,扩大卫星如Janus和厄庇墨透斯,其环效果在上面的段落中,描述和gap-creating卫星锅等也成为牧羊人。)

Janus和厄庇墨透斯是轨moons-they共享相同的平均轨道。每隔几年靠近,相互作用的引力在这样一个角动量传输到另一端,这迫使后者略高的轨道,前者略低轨道。在下次关闭方法,该过程将在相反的方向重复。特提斯海和土卫四也有自己的共轨型卫星,但是,因为特提斯海和土卫四是比他们更大规模co-orbiters,没有重大的角动量交换。相反,特提斯海的两个co-orbiters,更加靠近土星和海中女神位于稳定拉格朗日点在特提斯海的轨道,领导和特提斯海60°后,分别类似的到特洛伊小行星年代木星的轨道。土卫四Trojan-like同伴,海伦和Polydeuces、铅和跟随它60°,平均分别。

几双卫星都是稳定的动态resonances-i.e。,members of each pair pass one another in their orbits in a periodic fashion, interacting gravitationally in a way that preserves the regularity of these encounters. In such a共振对卫星的轨道周期的比率大约是相互关联的小整数。例如,轨道的时期亥伯龙神和近泰坦,分别为21.28 15.94天,(看到表),是4:3的比率,这意味着泰坦完成四绕土星的时间需要完成三个亥伯龙神。泰坦在亥伯龙神亥伯龙神总是通过最密切的apoapse最远的点的椭圆轨道。因为泰坦有质量的50多倍亥伯龙神传输最动量较小的月球沿着它的轨道在同一点,亥伯龙神是迫于这些周期性的“推”成一个相对细长(偏心)轨道。类似地,月亮对土卫四土卫二和特提斯海土卫一轨道周期的比例2:1。

因为共振对卫星可以迫使轨道之间怪癖相对较大的值,它们具有潜在的重要的地质演化的身体担心。通常,潮汐土星和它接近的卫星——循环变形之间的相互作用在每个身体造成的引力会减少偏心卫星的轨道以及制动器的旋转,他们以同样的速度旋转围绕土星。这种状态称为同步旋转,在太阳系中是很常见的,既然如此,例如,对于地球的月亮和几个木星和土星的接近卫星。月球自转对它地球,内部变形是动态的;它周期性的月亮和通过内部产生热量摩擦。一旦一个月亮在同步旋转,它总是保持相同的半球面对地球和半球向前和向后的轨道;变形不再旅行但仍固定在月球的参考系,摩擦加热不发生。然而,即使一个月亮在同步旋转的经历潮汐作用如果是被迫的偏心轨道共振;,时而远离旅行接近地球,随后的动态变形其内部热。最引人注目的例子这样的月亮是木星Io的共振与另一颗木星的卫星,欧罗巴,部队到一个古怪的路径。随着Io通过木星的强大的引力场,激烈的如此强烈,它是太阳系中火山活动最活跃的身体。

虽然计算表明,潮汐在土星的卫星作为加热机制并不是特别重要,这可能不是真正的过去。此外,正如上面所讨论的,土卫二的热“虎纹区域”地区是当今的冰冷的材料来源扩散E环在它的轨道。地区的热活动的原因仍有待推导,但它可能是某种形式的潮汐变形有关。

亥伯龙神是一个引人注目的例外,潮汐作用迫使卫星同步旋转。亥伯龙神的轨道偏心率和高度nonspherical形状,这是一本不寻常的身体一样大,导致了其自旋和轨道角动量之间复杂的互动。这种交互的结果是一个数学上的描述是混乱的行为。虽然短暂的“航行者”号遇到发现Hyperion旋转非同步的时间约13天,混沌理论应用于“航行者”号月球和随后的地面观测数据显示,它实际上是翻滚在本质上是不可预测的。亥伯龙神是唯一对象已知的太阳系中混乱的旋转。