具非零角动量的平面三体系统的数值分析

来源 :南京大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangpengdz
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
一般性三体问题是天体力学中没有得到解决的著名问题。由于它的重要性,已有大量文献对此进行探讨。前人研究的一般三体系统的类型有无界的三体系统(即初始时刻第三体在无穷远处)和角动量为零的有界三体系统(初始时刻三体距离相当,三体初速度全部为零)。在这里,本文对角动量不为零的平面三体系统进行了数值分析:一方面,讨论三体组成的三角形形状对系统未来演化的影响;另一方面,参照Saari对角动量不为零的三体系统引入旋转坐标系的工作,对平面上的情况作了进一步的分析。 对平面三体系统,给定系统的总能量,总角动量及其中一个天体的速度,并忽略三体构形的大小后,系统的初值空间是一个有界的二维空间。根据Agekian和Anosova提出的同调图,将这个初值空间按形状的不同划分出4个不同的区域:H,L,M,A。本文就给定系统的总能量E(负值),总角动量c,一个天体的速度,及三体间最大距离,分别对4个区域三体系统的运动和演化情况进行统计分析,得到以下结果: 1.通过对4个区域系统的演化寿命进行的统计,发现:(i)在H,A和M三个区域中,系统个数N与系统的演化寿命t之间存在指数衰减关系: N(t)=N0exp(-t-τ),N0,τ在不同区域对应不同的值。(ii)4个区域系统的平均寿命不同,H区域的平均寿命最长,L区域的平均寿命最短。这意味着具有“层级(hierarchical)”结构的三体系统(H区域代表的系统)比没有“层级”结构的三体系统(L区域典型代表的系统)要稳定些。这一结果在银河系的三星系统演化情况上得到了反映(EggletonP.P.&KiselevaL.G.,1996)。 2.关于角动量不为零的平面三体系统在旋转坐标系下的运动,本文在理论上证明了:当三体不共线时,“系统的自转角速度”S与系统的角动量方向一致,其大小s与系统的转动惯量I存在下面的关系:s·I=c,其中I=3∑i=1miri2。这个结果在数值计算上也被验证。 3.发现各个区域的系统对初值表现出不同的敏感性:对应于H区域内的系统对初值最为敏感;而对应于L区域的系统则没有表现出对初值的敏感性;M区域的情况是介于两者之间,对应于M区域的一部分系统会对初值表现出很强的敏感性,另一部分的系统却象L区域内的系统,当两系统的初值相近时,它们的演化过程也相近。 4.通过模拟Homologydrop的演化情况,与P.Heinamaki等人对角动量为零的三体系统的研究结果比较,发现:在这两类系统中,不同区域Homologydrop在同调图中的混合(mixing)情况相同;而在drop中未解体的系统个数与时间的关系上这两类系统不同。 在讨论中,所有系统都给定了相同的总能量(负的)和总角动量。通过数值计算看到,它们呈现出复杂多样的演化过程。 本文共分三章。第一章是对一般三体问题的历史回顾,介绍了三体问题在理论上的经典结论,和在数值探索上取得的一些重要结果。第二章主要阐述我们对角动量不为零的平面三体系统进行数值分析的结果。第三章简单说明了今后需要进一步做的工作。 ABSTRCTThegeneralthree-bodyproblemisanunsolvedproblemwithprimaryimportanceincelestialmechanics.Therearemanybibliographiesonthesubject.Themostresearchedthree-bodysystemsaretheboundlesssystemthatthethirdparticleisininfiniteattheinitialinstanceandtheboundedsystemthatthethreeparticlesareallatcomparabledistancefromeachotherwithzerovelocities.Thisthesismainlycontributestotheplanarthree-bodysystemwithnonzeroangularmomenta.Themainaimistofindouttheeffectsofthesystemsinitialconfigurationonitsdynamicalevolution.Besides,anotherpartofworkistoanalyzetheplanarsystemsmotionunderthe‘naturalrotatingcoordinatesystem,whichwasintroducedbySaariforthethree-bodysystemwithnonzeroangularmomenta.AccordingtothehomologymapfirstsuggestedbyAgekian&Anosova,theplanarthree-bodysystemsaredividedinto4typesonthebasisoftheirinitialconfigurations.Throughthestatisticsofthemotionsandevolutionsofthosesystems,wegetthefollowingresults:1.Aboutthesystemslifetime.(i)Themeanlifetimesofthosefourtypesofsystemsaredifferent.(ii)ThereisanexponentialrelationshipbetweenthenumberofthesystemsNandtheevolutiontinet:N(t)=N0exp(-t-τ),withdifferentN0andτindifferenttypesofsystems.2.Aboutthemotionoftheplanarthree-bodysystemunderthe‘naturalrotatingcoordinatesystem.Ifthethreebodieswerentaligned,the‘systemspinvectorShasthesamedirectionasthesystemsangularmomenta,withitsmodulssatisfying:s.I=c,whereIandcarethesystemsmomentofinertiaandangularmomenta,respectively.Theresultisprovedinthethesis.3.Fourtypesofsystemshavedifferentsensitivitiestotheinitialconditions.4.Bycomparingtheevolutionsofthehomologydropsinthenonzero-angularmomentumthree-bodysystemswiththezero-angular-momentumsystems(P.Heinamakietal,1999),wefoundthesimilarityonthemixingextentofthehomologydropsinthehomologymap,andthedifferenceonthefunctionofthesurvivingsystemsnumberversusthetime.Allthesystemsdiscussedinthisthesisaregiventhesametotalenergyandthesametotalangularmomenta.Thenumericalsimulationsgiveusaviewoftheirvariousmotionsandevolutions.
其他文献
昌荣在纳斯达克的上市,说明其自身所拥有的优势资源和经营品质,能够得到国际投资市场的认可,是中国本土的广告公司正在做大做强,开始努力形成自己的国际品牌的一个信号,特别
地球参考架(TRF)是定位和导航等地球上及近地空间活动中的点位参照基准,地球定向参数(EOP)是用以描述自转轴在地球本体内和空间的运动以及地球自转速率变化的参数,因此,无论是在
临夏砖雕(亦称河州砖雕)是和传统建筑物紧密结合的一种实用艺术,如今由于社会的快速发展,传统建筑自身面临严峻的挑战,依附于传统建筑的砖雕情形更加严峻。本文从临夏砖雕出
1调查基本情况(1)调查时间:2010年4月15—22日。(2)地点范围:山东省济南市历城区、长清区、平阴县、章丘市4个县市区共计13个乡镇51个村庄。(3)参加调查人员:各县(市、区)推
高能带电粒子形成的束流是各类天体活动现象中最常见的产物之一。在太阳物理中,硬X射线和射电爆发是高能电子束流在太阳大气中存在的两个直接证据。例如,非热高能电子束流在太
测高卫星能在短时间内提供大量的海洋表面预测数据,径向精度是这些资料有效应用的最大限制性因素,该文主要研究如何使用卫星测高资料精密确定Geosat卫星的轨道.在建立起一套
星系团是宇宙中质量最大的引力束缚体,总质量达到1014 M☉-1015 M☉,其中占总质量~3%的是光学可见的星系,~15%的是辐射X射线的热等离子气体,剩余的~82%是不辐射电磁波的暗物质。星系团
动画创作的核心是创意,且随着现今动漫产业的火热,开展动画创作课程,为社会培养更多的动画创作人才是大势所趋。同时,动画创作教学对于学生艺术实践能力以及创新能力的培养都
Ia型超新星具有可校准的光度。上世纪末,人们通过Ia型超新星测距发现宇宙在加速膨胀,揭示了暗能量的存在,开创了宇宙学研究的全新局面。这一结果也因此获得了2011年诺贝尔物理学