We explore the origin and orbital evolution of the Kuiper belt in the framework of a recent model of the dynamical evolution of the giant planets, sometimes known as the Nice model. This model is characterized by a short, but violent, instability phase, during which the planets were on large eccentricity orbits. One characteristic of this model is that the proto-planetary disk must have been truncated at roughly 30 to 35 AU so that Neptune would stop migrating at its currently observed location. As a result, the Kuiper belt would have initially been empty. In this paper we present a new dynamical mechanism which can deliver objects from the region interior to ~35 AU to the Kuiper belt without excessive inclination excitation. Assuming that the last encounter with Uranus delivered Neptune onto a low-inclination orbit with a semi-major axis of ~27 AU and an eccentricity of ~0.3, and that subsequently Neptune's eccentricity damped in ~1 My, our simulations reproduce the main observed properties of the Kuiper belt at an unprecedented level.
Models of the Collisional Damping Scenario for Ice Giant Planets and Kuiper Belt Formatio
Chiang et al. 2006，以下简称C06，最近提出观测到的柯伊伯带结构可能是外太阳系中一个约5颗原始冰巨行星系统的动力学不稳定性的结果。根据Goldreich et al.（2004a，b，下文简称G04）的论证，在这种情况下，在不稳定性发生之前，这些巨星是在高度碰撞阻尼的环境中生长的。在这里，我们测试这一假设与一系列的数值模拟使用一个新的代码设计，将碰撞的动力学效应。我们发现我们无法重现观测到的太阳系。特别是，G04和C06认为，在不稳定期间，除了两颗冰巨星之外，所有的冰巨星都将被木星和土星从太阳系中驱逐出去，留下天王星和海王星。我们发现，喷射实际上是罕见的，相反，系统向外扩散。这总是导致一个配置有太多的行星，离太阳太远。因此，我们得出结论，G04的天王星和海王星的形成方案和C06的柯伊伯带形成方案在目前的形式是不可行的。
Resonance Occupation in the Kuiper Belt: Case Examples of the 5:2 and Trojan Resonances
作为我们正在进行的柯伊伯带深磁测量（DES）的一部分，我们报告了1：1（特洛伊），4：3，3：2，7：4，2：1和5：2海王星平均运动共振（MMR）的占领。1：1和5：2的MMR的占领是不容易理解的共振扫描的标准模型内的迁移海王星在最初的动态冷带。我们的动态热，5：2共振物体可以在共振范围内以90度的适度振幅振动至少1 Gyr。考虑到海王星目前的轨道，它们的轨迹不能仅仅用与海王星的近距离接触来解释。这种5：2共振KBO的热轨道，不像以前已知的共振KBO的热轨道，可能意味着这些物体在被迁移的海王星共振捕获之前被预热到大倾角和大偏心率。我们发现的第一个海王星特洛伊木马2001 QR 322可能根本不归功于海王星的迁移。2001 QR 322的轨道非常稳定，它可以在海王星的拉格朗日（L4）点附近进行蝌蚪型的天平动，至少持续1 Gyr，天平动幅度为24 deg。特洛伊俘获可能发生在海王星吸积其大部分质量的时候。假设粒子数为12- 4%，我们的特洛伊木马直径为130- 230公里。根据模型估计，与2001 QR 322相似的海王星特洛伊人总数为20- 60。它们的存在可能会排除海王星的剧烈轨道历史。
Photometry of Irregular Satellites of Uranus and Neptune
我们目前的BVR测光颜色的六个天王星和两个海王星不规则卫星，收集使用麦哲伦天文台（拉斯坎帕纳斯，智利）和凯克天文台，（马努阿凯亚，夏威夷）。颜色范围从中性到浅红色，像木星和土星不规则星（Grav et al. 2003）一样，在半人马座和柯伊伯带天体中明显缺乏极红色的天体。天王星不规则星系可以分为三个可能的动力学家族，但收集的颜色显示其中两个动力学家族，Caliban和Sycorax星团，具有异质颜色。在第三个可能的家族中，168度星团包含两个平均倾角相似但平均半长轴完全不同的天体，只有一个天体（U XXI Trinculo）被观测到。不均匀的颜色和平均轨道根数的大色散使我们怀疑它们是碰撞族。我们更倾向于单次捕获。这两颗海王星（NII Nereid和S/2002 N1）都有非常相似的中性太阳色。再加上这两个天体在整个太阳系的年龄内发生碰撞的可能性很高（Nesvorny等人，2003年; Holman等人，2004年），这表明S/2002 N1是海卫二的一个碎片，在与一个不确定的撞击物发生碰撞或撞击坑事件时断裂。
Long-Term Dynamics and the Orbital Inclinations of the Classical Kuiper Belt Objects
我们数值积分了经典柯伊伯带区域（41 AU < a < 47 AU）内1458个粒子的轨道，以探讨动力学不稳定性在塑造经典柯伊伯带天体（KBO）倾角分布中的作用。我们发现，通过重叠的长期共振（nu_17和nu_18）选择性地去除低倾角物体，提高了与木星，土星，天王星和海王星相互作用超过40亿年的幸存粒子种群的平均倾角，尽管这些长期的动力学效应本身似乎并不能解释倾角接近30度的KBO的发现。我们的积分还意味着，在与大质量行星相互作用30亿年后，高倾角KBO更有效地为遇到海王星的天体提供能量，这些天体可能是短周期彗星、半人马座和分散的KBO的祖先。低倾角的长期共振可能会间接地导致这种效应，因为在最初的30亿年里，这些共振会清除不受平均运动共振保护的物体。
The Size Distribution of Kuiper belt objects for D> 10 km
我们使用斯巴鲁望远镜上的Suprime-cam对覆盖天空1/3平方度的柯伊伯带进行了调查，极限星等为m（R）~ 26.8（50%阈值），并发现了36个新的KBO。我们已经证实了柯伊伯带的光度函数必须像以前观察到的那样破裂（Bernstein et al. 2004; Fuentes & Holman 2008）。从光度函数中，我们推断出了基本的大小分布，并发现它与一个大天体的幂律斜率q1~4.8相一致，在天体直径Db~60 km处，假设6%的负折射率，斜率q2~1.9。我们没有发现确凿的证据表明，KBO的大小分布与倾角i <5 is different than that of those with i>5。我们讨论了这种测量的早期吸积在太阳系外和海王星迁移的情况下的影响。
The Discovery of Halley-sized Kuiper Belt Objects Using HST
我们报告的统计检测（在>99%的置信水平）人口的28等物体表现出适当的运动~1角秒每小时在正交深HST/WFPC 2图像。漂移的方向意味着绝大多数的天体都集中在黄道面附近的椭圆轨道上。我们将其解释为探测到位于海王星轨道附近或之外的柯伊伯带中的物体，其大小与彗星1 P/哈雷相当（半径约为10公里，半径为4%）。我们的观测结果表明，在<28.6. This must be viewed as a lower limit until our search of parameter space is complete. Our observations imply that there are >柯伊伯带中，倾角小于12度，距离太阳约40天文单位的范围内，存在着约2.5x10^4个度^-2的天体，其中V为2x10^8个。
