Dynamical capture in the Pluto-Charon system
本文探讨了冥王星小卫星的祖先被冥王星-冥卫一系统捕获的可能性，这些祖先来自冥王星最初嵌入其中的巨大日心星子盘。我们发现，如果磁盘的动力学激发是小的，临时捕获在冥王星-冥卫一系统中可以发生不可忽略的概率，由于冥王星-冥卫一对的二进制性质所施加的动力学扰动。然而，被捕获的物体仍然在非常椭圆的轨道上，典型的捕获时间只有100年。为了解释冥王星小卫星的起源，我们推测其中一些物体在冥王星束缚阶段因与盘的星子碰撞而被破坏。这可能会产生一个碎片盘，在内部碰撞演化下衰减，直到变成一个吸积盘，可以在圆形轨道上形成小卫星，与Charon共面。不幸的是，我们发现足够大的物体携带足够的质量来产生冥王星的小卫星，它们的碰撞寿命比捕获时间长几个数量级。因此，这种情况不能解释冥王星小卫星的起源，这仍然是难以捉摸的。
2012-10-02 astro-ph.EP
On the Early In Situ Formation of Pluto's Small Satellites
冥王星的小卫星--冥河、尼克斯、开普勒和九头蛇--的形成仍然是个谜。它们的轨道接近圆形，接近平均运动共振，几乎与冥卫一的轨道共面。有一种假设认为，它们都是在它们现在的位置附近由一个碎片盘形成的，这些碎片盘是在冥卫一潮汐演化之前从冥卫一形成的撞击中喷射出来的。这种情况下的有效性进行测试，通过执行$N$ -体模拟与小卫星作为试验粒子和冥王星-冥卫一从初始轨道在几个冥王星半径与初始偏心率$e_{\rm C} = 0$或0.2潮汐演变。经过潮汐演化后，通过对试验粒子到系统质心的距离进行快速傅立叶变换，提取试验粒子的自由偏心率$e_{\rm free}$，并与四颗小卫星的当前偏心率进行比较。唯一幸存的测试粒子与$e_{\rm free}$匹配的偏心率目前的卫星是那些不受平均运动共振在潮汐演化的模型与冥王星的有效潮汐耗散函数$Q = 100$和初始$e_{\rm C}$ = 0.2，迅速衰减。然而，这些测试粒子没有任何偏好与Charon处于或接近4：1、5：1和6：1共振。可能需要另一种情况来解释冥王星小卫星的形成。
2018-03-06 astro-ph.EP
Plutino 15810 (1994 JR1), an accidental quasi-satellite of Pluto
在太阳系中，准卫星以1：1的平均运动共振运动，像逆行卫星一样绕着它们的主天体运行，但它们的相互分离远远超过希尔半径，并且轨道不是闭合的，因为它们绕着太阳而不是主天体运行。到目前为止，在金星、地球、矮行星（1）谷神星、大小行星（4）灶神星、木星、土星和海王星周围发现了暂时处于准卫星动力状态的小天体。使用计算机模拟，Tiscareno和Malhotra预测存在一个小但重要的小型天体群体，以1：1的平均运动与冥王星共振。在这里，我们使用N体计算表明，冥王星15810（1994 JR 1）目前是冥王星的一个偶然的准卫星，它将保持近35万年。我们所说的偶然是指，准卫星相不是由离散的近距离接触形式的直接引力影响触发（或终止）的，而是共振的结果。冥王星的相对平均经度在与海王星的2：3平均运动共振引起的轨道周期振荡的叠加天平动中循环。这些准卫星事件是经常性的，其周期接近200万年。这使得15810成为第一个与冥王星以1：1的平均运动共振运动的小天体。这也使冥王星成为除了谷神星之外第二颗拥有准卫星的矮行星。我们的发现证实了准卫星共振阶段并不局限于围绕主要行星运行的小天体，但也可能是矮行星/小行星。此外，15810可以被认为是美国宇航局在2015年主要飞越冥王星之后的冥王星-柯伊伯带任务新视野的可能次要目标。
2012-09-14 astro-ph.EP
Obliquity evolution of the minor satellites of Pluto and Charon
新视野号任务的观测结果表明，冥王星-冥卫一系统的小卫星冥河、尼克斯、冥王星和九头蛇没有潮汐地旋转到近同步自旋状态，并且相对于它们围绕冥王星-冥卫一双星的轨道具有很高的不稳定性（韦弗等人，2016年）。本文利用N体模拟中的阻尼弹簧模型研究了环双星轨道中单个自旋非圆天体的自旋和质量演化。单独使用潮汐耗散的模拟没有显示出潮汐引起的自旋-轨道共振交叉的强烈的自旋率变化，我们将此归因于高卫星自旋率和低轨道偏心率。然而，一个潮汐演化的冥河表现出间歇性的潮汐变化和翻滚的情节。在卡戎从冥王星迁移的前一个纪元，小卫星可能被困在轨道平均运动倾角共振中。向外迁移的卡戎导致尼克斯和冥河的结晶度发生巨大变化。其原因是自旋体的平均运动共振频率与自旋进动率之间的可互换性。由于小卫星接近平均运动共振，这种机制可能会提高所有四颗小卫星的质量。如果小卫星曾一度被捕获到平均运动共振中，那么高准数不一定是原始的。
2017-04-20 astro-ph.EP
On the Origin of Pluto's Small Satellites by Resonant Transport
冥王星的四颗小卫星（冥河、尼克斯、冥王星和九头蛇）的轨道近似圆形，与大卫星冥卫一的轨道共面，轨道周期与冥卫一的轨道周期的比例近似为3：1、4：1、5：1和6：1。这些性质表明，这些小卫星是在同一次撞击事件中产生的，该事件将卡戎置于轨道上，并被锁定在卡戎的平均运动共振中，因为卡戎的轨道因与冥王星的潮汐相互作用而扩大。使用Cheng等人（2014）开发的冥王星-冥卫一潮汐演化模型，我们表明，如果冥王星的纬向谐波$J_{2P} = 0$在5：1，6：1和7：1的可测量性下，在相同的平均运动可测量性下，在多个共振中稳定捕获和传输测试粒子是可能的。然而，在冥王星-冥卫一潮汐演化的末期，几乎所有的情况下，测试粒子都有显著的轨道偏心率，并且在3：1和4：1的偏心率下没有稳定的捕获和传输。此外，$J_{2P}$的非零流体静力学值破坏了多重共振迁移所必需的条件。模拟有限，但最小质量的尼克斯和九头蛇也未能产生任何幸存者。我们的结论是，放置的小卫星在其目前的轨道位置的共振运输是极不可能的。
2014-07-03 astro-ph.EP
Ejecta Transfer in the Pluto System
冥王星系统的小卫星（冥河、尼克斯、冥王星和九头蛇）的表面逃逸速度非常低，因此撞击应该会从它们的表面喷射出大量的物质。我们发现，大部分的这种材料，然后逃离冥王星系统，虽然有很大一部分收集在冥王星和冥卫一的表面。尘埃从小卫星表面喷出的速度强烈地决定了它可能撞击的物体，以及它最有可能撞击冥王星和冥卫一表面的位置。我们还表明，冥王星周围的大气层的存在消除了大多数颗粒大小的影响，并增加了对冥王星的尘埃影响的数量。总的来说，冥王星和冥卫一可能在它们的表面积累了几厘米的小卫星尘埃，这可以被新视野号航天器观测到。
2014-03-19 astro-ph.EP
A Pluto--Charon Sonata: Dynamical Limits on the Masses of the Small Satellites
在2005年至2012年期间，哈勃太空望远镜（HST）的图像显示有四颗卫星围绕冥王星-冥卫一运行（Weaver et al 2006，Showalter et al 2011，2012）。虽然它们的轨道和几何形状是众所周知的，但两颗最大的卫星- Nix和Hydra -质量的2个$σ$不确定性与它们的HST质量相当（Brozovic等人2015，Showalter & Hamilton 2015，Weaver等人2016）。值得注意的是，在0.1-1 Gyr时间尺度上的长期系统稳定性的引力$n$ -体计算机计算对Nix和Hydra的质量有更严格的限制，其上限比HST质量大$\sim$ 10%。使用新视野号的尺寸测量对质量密度的限制表明，尼克斯和九头蛇形成于比冥王星和冥卫一更冰冷的物质中。
2019-03-11 astro-ph.EP
A Pluto-Charon Sonata III. Growth of Charon from a Circum-Pluto Ring of Debris
目前的理论认为冥王星-冥卫一双星的形成有两种选择（Canup 2005，2011; Desch 2015）。在“打了就跑”的模型中，质量较低的抛射体几乎没有击中质量较大的冥王星，扬起一些碎片，并保持与冥王星的结合（另见Asphaug等人，2006年）。在一个“擦地-合并”的情况下，抛射体在与冥王星合并时会产生大量碎片（另见Canup 2001年）。为了更详细地研究擦合并的想法，我们考虑了环绕冥王星的固体环内冥卫一质量物体的增长。数值计算表明，在初始半径为145-230 km的微行星群中，类冥卫一迅速形成。在大约30-100天的时间尺度上，新形成的冥卫一类似物有半长轴，a = 5-6冥王星半径，轨道偏心率，e = 0.1-0.3，类似于冥卫一类似物在与冥王星碰撞后保持束缚。虽然早期成长的冥卫一类似物产生环的小颗粒在a = 50-275冥王星半径，喷射几个145-230公里的剩余物的中央冥王星-冥卫一二删除这些小固体在10-100年。简单的估计表明，小粒子可能会在中央双星喷出的10-20公里物体的通过中幸存下来。我们的研究结果表明，冥王星-冥卫一环双星卫星系统不是由擦合并的影响时，形成的冥卫一环冥王星盘导致喷射的几个100-200公里的粒子通过冥王星-冥卫一双星的轨道平面。然而，如果一个不断成长的冥卫一只喷发出小得多的粒子，那么擦撞和合并撞击是冥王星-冥卫一双星和一个小的环双星系综的合…
2019-08-05 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the existence of regular and irregular outer moons orbiting the Pluto-Charon system
众所周知，矮行星冥王星拥有一个由五颗共面卫星组成的扩展系统。以前的研究探索了孤立系统的形成和演化，忽略了太阳的扰动效应。在这里，我们表明，长期的演变，由于太阳可以强烈影响系统中的外部卫星和环的演变，如果存在的话。虽然由于来自冥王星-冥卫一双星内部的引力势的扩展而产生的岁差会使这种长期演化停止到$a_{crit}\sim0.0035$ AU（$\sim0.09$ $R_{Hill}$是希尔半径，包括所有目前已知的卫星），但外层轨道可能会发生显著的变化。特别是，我们发现，\emph{co-planar}环和卫星不应该存在超越$a_{crit}$，而是，卫星和尘埃粒子在这些地区的secularly演变的时间尺度范围之间的$10^{4}-10^{6}$ yrs，并准周期性地改变其倾角和偏心率通过长期的演变（Lidov-Kozai振荡）。这种振荡可能导致高倾角和偏心率，限制了这些卫星（和尘埃颗粒）可以存在的范围，而不会穿过内部卫星的轨道，或穿过外部希尔稳定范围。因此，如果存在的话，外层卫星可能是\emph{irregular}卫星，其轨道限于非圆形和/或高度倾斜。这些可能被新地平线任务探测到，可能为冥王星卫星系统的长期演化提供直接证据，并为它的起源提供新的线索。
2015-06-29 astro-ph.EP
A Pluto-Charon Sonata: The Dynamical Architecture of the Circumbinary Satellite System
使用一个大型的n体模拟套件，我们探索冥王星-冥卫一系统中新卫星的发现空间。对于已知卫星的质量和轨道，几乎没有半长轴为$a \lesssim 1.1~a_H$的稳定的椭圆轨道或极轨道，其中$a_H$是最外面的卫星长蛇座的半长轴。半径为$r \lesssim$ 2 km和$a \lesssim 1.1~a_H$的小卫星在从几年到超过1000万年的时间尺度上被喷射出来。$a \gtrsim 1.1~a_H$的轨道在超过1亿年的时间尺度上是稳定的。使用JWST进行的近红外和中红外成像以及使用2-3米级望远镜进行的地面掩星活动可以探测到Hydra轨道外1-2公里的卫星。对这些卫星的观测使得对已知卫星的质量和环双星形成理论的新约束成为可能。
2018-10-02 astro-ph.EP
The Pluto System After New Horizons
1930年冥王星的发现预示着柯伊伯带和冰矮星的发现，它们是我们太阳系的第三类行星。从20世纪70年代到90年代，冥王星系统的许多迷人的属性被发现，包括多种表面挥发性物质，冥王星的大型卫星卡戎和它的大气层。这些属性，以及1990年代柯伊伯带和冥王星的柯伊伯带小行星群的发现，激发了对冥王星的探索。这项名为“新视野”（NH）的任务在2015年彻底改变了人们对冥王星及其卫星系统的认识。除了提供丰富的地质，成分和大气数据集外，新视野号还证明了冥王星本身在过去40亿年中的地质活动令人惊讶，并且这颗行星表现出令人惊讶的复杂大气现象和地质表达，其丰富程度可与火星相媲美。
2017-12-15 astro-ph.EP
Spin-orbit coupling and chaotic rotation for circumbinary bodies. Application to the small satellites of the Pluto-Charon system
本文研究了平面准圆轨道上的环双星的共振转动。分别用内双星和环双星的轨道平均运动表示$n_b$和$n$，我们证明了在频率$n\pm kν/2$处存在自旋-轨道共振，其中$ν= n_b - n$和$k$是整数。此外，当在固有频率的天平动具有与$ν$相同的幅度时，共振重叠并且旋转变得混乱。我们将这些结果应用于冥王星-冥卫一系统中的小卫星，并得出结论，它们的旋转可能是混沌的。然而，对于小的轴向不对称，旋转也可以是稳定的并且不同步。
2015-08-20 astro-ph.EP nlin.CD physics.space-ph
Trans-Neptunian Space and the Post-Pluto Paradigm
冥王星系统是众多冰冷矮行星和伴随卫星系统的原型，这些行星和卫星系统居住在海王星以外的太阳系的巨大体积中。新视野号对冥王星及其五颗卫星的探索让我们得以一窥它们的亲属可能拥有的一系列特性。此外，冥王星和冥卫一的表面记录了小的海王星外天体的撞击，通过将它们作为证据板，我们可以推断出海王星外天体的一些关键特性，这些天体的大小远远低于目前的直接检测极限。本章总结了我们从冥王星系统中了解到的有关海王星外行星群的起源和性质、在太阳系的各个年龄阶段对这些行星群的作用过程，以及这些作用过程可能在今天仍然活跃。本摘要中包括对海王星外小天体的大小分布特性的推断，以及对小尺寸双星系统的估计。此外，本章还比较了外海王星矮行星卫星的现存性质，以及它们对卫星形成过程和外太阳系星子早期演化的影响。最后，本章最后讨论了近期的理论、观测和实验室工作，这些工作可以进一步加深我们对冥王星系统的理解，以及它的性质如何指导未来对海王星外空间的探索。
2021-07-05 astro-ph.EP
A Pluto--Charon Concerto II. Formation of a Circumbinary Disk of Debris After the Giant Impact
使用一套数值计算，我们考虑了长期的演变，从冥王星-冥卫一巨大的影响环双星碎片。最初，这些固体有很大的离心率和近心附近的冥卫一的轨道。在100-1000年的时间尺度上，与冥王星和冥卫一的动力学相互作用导致了系统中大多数固体的喷射。当动力学使粒子远离重心时，碰撞阻尼降低了许多粒子的轨道偏心率。这些固体填充在冥王星-冥卫一轨道平面的环双星盘;这种物质的很大一部分位于一个“卫星区”，包括冥河，尼克斯，海王星和九头蛇的轨道。与海王星外天体（TNO）和冥卫一碰撞产生的碎片所形成的狭窄环相比，巨大撞击后产生的盘状物要长得多，可能是产生小型环双星的不太有希望的选择。
2021-02-22 astro-ph.EP
Evolution of a ring around the Pluto-Charon binary
我们考虑形成的卫星周围的冥王星-冥卫一二。这两个伙伴之间的早期碰撞可能产生了双星和一个狭窄的碎片环，其中出现了卫星冥河，尼克斯，伊兹密尔和九头蛇。卫星是如何从致密环中出现的还不确定。在这里，我们表明，一个粒子环传播的物理碰撞和集体引力散射，类似于迁移。在双星系统周围，这些过程发生在“最圆”轨道的参考系中，类似于开普勒势中的圆形轨道。星环的粒子在这些轨道上运动，避免了毁灭性的碰撞。阻尼和扩散也有助于粒子在与双星共振驱动的动力学不稳定性中幸存下来。在某些情况下，粒子被困在共振附近，随着冥王星-冥卫一双星的潮汐演化而向外扫过。通过简单的模型和数值实验，我们展示了冥王星-冥卫一撞击环是如何扩展成一个宽阔的圆盘的，而环双星就是从这个圆盘中生长出来的。在某些情况下，环可以远远超出最远的卫星Hydra的轨道，形成少数较小的卫星。如果这些小卫星存在，新视野号将找到它们。
2015-07-03 astro-ph.EP
The Small Satellites of Pluto as Observed by New Horizons
新视野号任务提供了冥王星卫星冥河、尼克斯、冥王星和九头蛇的分辨率测量结果。这四颗行星都很小，Nix和Hydra的等效球径为$\approx$ 40公里，Styx和Hydra的等效球径为10公里。它们也是高度细长的，最大与最小轴比为$\approx$ 2。所有四颗卫星都有很高的冰饱和度（$\approx$ 50- 90%），暗示着水冰表面的组成。Nix和Hydra上的陨石坑密度暗示表面年龄为$\gtrsim$ 4 Ga。小卫星的旋转速度比同步快得多，旋转极聚集在冥王星和冥卫一的共同极方向上。这些结果强化了一个假设，即小卫星是在产生冥王星-冥卫一双星的碰撞之后形成的。
2016-04-18 astro-ph.EP
Determination of commensurabilities in the dynamics of the Pluto-Charon's satellites
本文利用精细频率分析和REBOUND数值积分，结合本轮理论，系统识别了冥王星-卡戎四颗卫星的已知及新共振关系，并揭示了初始条件变化对天平动行为的影响。
2024-10-23 astro-ph.EP
Pluto Follow On Missions: Background, Rationale, and New Mission Recommendations
对冥王星的第一次探索的动机是（i）这个天体的许多有趣的方面，它的大气层，以及它的巨大撞击双星-行星形成;以及（ii）科学的愿望，开始侦察柯伊伯带新发现的矮行星群。这一探索是以一艘航天器飞越的形式进行的，产生了一系列令人印象深刻的令人兴奋的结果，这些结果改变了我们对这个世界及其卫星的理解，并使我们看到了柯伊伯带矮行星人口的令人兴奋的性质。从冥王星的五个物体卫星系统，到其充满碳氢化合物的大气层，到其表面挥发物的多样化分布，再到其广泛的地质表达，包括广泛的冰川作用和疑似冰火山，再加上诱人的内部海洋的可能性，冥王星系统已被证明与火星等大型陆地天体一样复杂，它乞求未来的探索。由于冥王星的高分辨率（因此，当前时代南半球极地冬季黑暗）和新视野号飞越的单一航天器性质，冥王星及其双星卡戎只有大约40%可以以高像素尺度（优于10公里/像素）绘制。此外，由于它们与新视野号的距离最近，在飞越期间，冥王星的小卫星都无法以高分辨率进行研究。此外，对大气、地质和地表-大气相互作用随时间变化的研究实际上不能通过额外的飞越来进行，也不能通过地球上的观测来进行。我们发现，这些限制，结合冥王星的许多重要的，开放的科学问题，强烈激励冥王星系统后续轨道飞行器任务。
2021-03-16 astro-ph.EP astro-ph.IM
Formation, Composition, and History of the Pluto System: A Post-New-Horizons Synthesis
冥王星-冥卫一系统对行星的形成、组成、化学和演化提供了广泛的限制。冥王星是第一个被发现的天体在现在被称为柯伊伯带，它的轨道最终成为一个主要线索，巨行星经历了大量的轨道迁移早期在太阳系的历史。这种迁移与巨行星轨道的早期不稳定性以及柯伊伯带本身的形成有关，柯伊伯带本身来自包括冥王星在内的海王星外小行星盘。冥王星-冥卫一是现在被认为是小行星或矮行星的象征。冥王星远不是一个冰冷、死寂、破碎的冰遗迹，它显示出复杂的地质历史证据，其持续的过程包括构造作用、冰火山作用、固态对流、冰川流动、大气环流、表面-大气挥发物交换、风成过程、大气光化学、微观物理和烟雾形成。尽管冥王星的规模相对较小，但原始的吸积热，长期的内部辐射热释放和外部太阳强迫的组合，当与足够挥发性（因此是移动的）物质相结合时，产生了一个活跃的世界。冥王星可能在吸积过程中继承了大量的有机物质，这可能是其表面和大气挥发物的部分原因。冥王星的主要卫星卡戎显示了广泛的早期构造运动和冰火山活动的证据。因此，矮行星在卫星系统、地质和大气复杂性（如果不是正在进行的活动）方面是真正的行星。它们可能缺少的质量是由数量弥补的，太阳系的大多数矮行星仍然没有被发现。
2020-11-27 astro-ph.EP
Orbits and Masses of the Small Satellites of Pluto
本研究利用哈勃望远镜和新视野号的观测数据，更新了冥王星四颗小卫星的轨道与质量，发现Nix、Hydra质量低于此前估计，且内部可能富含冰，极小的Styx和Kerberos质量约束仍较差。
2023-06-14 astro-ph.EP
A Pluto-Charon Sonata V. Long-term Stability of the HST State Vector
通过275个n体计算，限定冥王星-卡戎四颗小卫星总质量上限，并评估其长期稳定性，新状态向量下斯提克斯轨道更易受尼克斯摄动。
2025-02-24 astro-ph.EP
Limits on the number of primordial Scattered Disk objects at Pluto mass and higher from the absence of their dynamical signatures on the present day trans-Neptunian Populations
今天，冥王星和厄里斯分别是最大和质量最大的海王星外天体。它们被认为是一群星子的最后残余，自形成以来已经减少了99%以上。这一缩减意味着原始种群有数百或数千个冥王星质量的天体，质量数分布可能扩展到数百个月球，数十个火星和几个地球。这些丢失的原行星会在现今的外海王星种群的动力学中留下签名，我们通过考虑超宽双星TNO的生存，冷经典柯伊伯带和共振种群来统计限制它们的原始数量。我们发现，如果原始质量数分布扩展到质量大于冥王星（~ 1 e-3地球质量），它必须向下转向，不超过大约相等的质量/log大小，这与1 e-5和1 e-3地球质量之间观察到的分布有很大的偏差。我们将这些限制与各种小行星和原行星生长模型的预测质量数分布进行比较。这里得出的限制提供了一个测试未来的模型的星子形成。
2018-07-17 astro-ph.EP astro-ph.SR
On the Estimation of Circumbinary Orbital Properties
我们描述了一个快速，近似的方法来描述卫星的轨道周围的中央二进制的数值模拟。一个目标是区分自由偏心率-卫星相对于动态冷却轨道的随机运动-与由中心双星的时变引力势驱动的振荡模式。我们使用开普勒-16，开普勒-47和冥王星-冥卫一系统的方法评估性能。然后，我们将该方法应用于模拟的轨道阻尼在一个circumbinary环境中，解决小机构之间的相对速度慢到足以促进合并和增长。这些结果说明了动态冷却如何为恒星双星周围的塔图因类行星和冥王星-卡戎双星行星周围的小卫星的形成奠定基础。
2020-11-26 astro-ph.EP astro-ph.SR
The influence of Equation of State on impact dynamics between Pluto-like bodies
行星大小的天体之间的碰撞可以解释绕着大（$R>500$ ~km）海王星外天体运行的卫星的起源。由于其富含水的成分以及水的复杂相图，因此必须准确模拟物质在撞击事件期间和碎片盘中经历的各种热力学条件。由于热力学的差异可能会影响系统动力学，我们试图评估如何选择状态方程（EOS）改变系统的演变。具体来说，我们比较两个EOS，由不同的方法构建：无论是由一个简化的分析描述（Tillotson），或通过插值的列表数据（芝麻）。在冥王星-冥卫一双星被认为形成的参数空间（冥王星大小、富含水的天体之间的缓慢撞击）中，进行了大约$50$对的平滑粒子流体动力学撞击模拟，初始条件相似，但EOS不同。一般来说，我们表明，影响结果（例如，环行星碎片盘）在EOS之间是一致的。出现了一些差异，重要的是在撞击后碎片盘中形成的小卫星（大的完整团块）的产生方面。当使用解析型状态方程时，小卫星的出现是高度确定的，而当使用列表型状态方程时，小卫星的出现就不那么常见了。这是因为对于这些撞击中经历的典型密度和能量，分析型状态方程预测的压力值非常低，导致粒子通过拉伸不稳定性人为聚集。
2021-09-10 astro-ph.EP physics.geo-ph physics.space-ph
3D modeling of organic haze in Pluto's atmosphere
2015年7月14日飞越冥王星的新视野号宇宙飞船揭示了冥王星大气层中存在的薄雾，这些薄雾是由冥王星大气层中高海拔的CH 4/N2光化学形成的，就像泰坦和海卫一一样。为了帮助分析观测结果并进一步研究有机霾的形成及其在全球尺度上的演变，我们在冥王星大气环流模型中实现了有机霾形成的简单参数化。在我们的模型中，烟雾的产生是基于土卫六和海卫一上所了解的气溶胶形成的不同步骤：甲烷在高层大气中通过莱曼-α紫外线辐射的光解，产生各种气体物种，并通过积累和聚集过程转化为固体颗粒。我们比较了两个参考模拟运行的粒子半径为50纳米：有，没有南极N2冷凝。我们讨论了粒子半径和前体的寿命对雾度分布的影响。我们模拟CH 4光解和霾形成高达600公里以上的表面。结果表明，2015年冥王星大气中的CH 4光解主要发生在有阳光照射的夏季半球，峰值位于250 km的高度，尽管行星际Lyman-alpha通量源即使在冬季半球也会引起一些光解。我们得到了一个广泛的烟雾高度与观测相媲美，并与不可忽略的密度高达500公里的高度。在这两个参考模拟中，霾密度并没有受到纬向环流的强烈影响。在没有南极N2凝结的情况下，最大的最低点不透明度和霾范围在北极获得。在南极N2凝结的情况下，南极上空下降的空气团导致纬度上更均匀的霾密度，在南极有一个轻微的密度峰值。
2017-02-13 astro-ph.EP
Seasonal Variability of Pluto's Haze Formation Revealed by Laboratory Simulations
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；NASA Goddard Space Flight Center（美国宇航局戈达德太空飞行中心）；Univ. Grenoble Alpes, CNRS, IPAG（格勒诺布尔阿尔卑斯大学，法国国家科学研究中心，IPAG）；Department of Materials Science and Engineering, Johns Hopkins University（约翰斯·霍普金斯大学材料科学与工程系）
研究通过实验室模拟揭示冥王星大气中CH4浓度对 haze 形成路径和效率的影响，发现CH4浓度增加显著提升气相和固相产物产量，为解释观测数据和改进行星 haze 模型提供关键参数。
2026-04-13 astro-ph.EP astro-ph.IM
Modeling the formation of N2 and CH4 frost on Pluto's slopes
研究通过建模揭示冥王星斜坡上N2和CH4霜的形成机制，发现斜坡微气候对全球挥发物循环影响有限。
2026-01-08 astro-ph.EP
Complete Tidal Evolution of Pluto-Charon
冥王星和它的卫星冥卫一的自转速率与它们的轨道平均运动同步。这是潮汐演化的理论终点，角动量的转移已经停止。在这里，我们遵循冥王星的潮汐演化从一个初始状态具有当前的系统的总角动量，但与冥卫一在偏心轨道与半长轴$a \approx 4R_P$（其中$R_P$是冥王星的半径），符合其影响的起源。使用两种潮汐模型，其中潮汐耗散函数$Q \propto$ 1/频率和$Q=$常数，其中演化的细节强烈依赖于模型。在分析中包含的引力调和系数$C_{22}$的两个机构允许顺利，自洽的演化的双重同步状态，而它的省略挫败成功的演化在某些情况下。也可以包括带状谐波$J_2$，但不会对整体演化产生显著影响。冥卫一与冥王星的耗散比控制着轨道偏心率的行为，在最后接近双同步旋转之前，一个明智的选择会导致一个几乎恒定的偏心率。潮汐模型是完整的，在这个意义上，潮汐演化的每一个细微差别都是在守恒总角动量的情况下实现的--包括当冥卫一的自旋减小时，暂时捕获到自旋轨道共振中，并阻尼了相同的振动。
2014-02-04 astro-ph.EP
A bimodal distribution of haze in Pluto's atmosphere
冥王星、土卫六和海卫一组成了一类独特的太阳系天体，它们有着冰冷的表面和富含有机光化学和烟雾形成的化学还原性大气。霾在这些大气中起着重要作用，物理和化学过程高度依赖于颗粒大小，但目前对还原性大气中的霾粒度分布知之甚少。在这里，我们报告的观测证据表明，冥王星的烟雾粒子是双峰分布，这成功地再现了新视野号的全相位散射观测。结合之前对土卫六霾的模拟，这一结果表明，在还原性大气中的霾粒子在压力水平~0.5Pa附近经历了快速的形状变化，有利于土卫六分离霾形成的光化学而不是动力学起源。它还表明，氧化和还原大气都可以产生多模态霾，并鼓励重新分析土卫六和海卫一上的霾观测。
2022-01-12 astro-ph.EP
On the possible noble gas deficiency of Pluto's atmosphere
我们使用的南极热力学模型来研究冥王星表面的形成和组成的贵气丰富的笼形物。通过考虑接近今天冥王星的大气成分和广泛的表面压力，我们发现Ar，Kr和H2O可以有效地被捕获在笼形物中，如果它们在表面形成，以类似于泰坦的方式。在冥王星上形成富含稀有气体的笼形物，可能会导致其大气丰度相对于其初始值大幅下降。如果这些惰性气体在冥王星早期的大气中是原太阳的比例，那么在冥王星上平均几厘米的笼形物厚度就足以捕获所有的Ar、Kr和Ar。由于在一段较长的时间（数百万年）的大气逃逸应导致惰性气体丰度，要么保持不变或随时间增加，我们发现，在大气中的Ar，Kr和H2O的潜在耗尽最好解释为它们捕获在笼形物中。一个关键的观测测试是测量Ar，因为新视野号航天器上的爱丽丝紫外光谱仪将足够灵敏，可以检测到比这里考虑的情况小10倍的丰度$\sim$。
2013-03-19 astro-ph.EP
Past and present dynamics of the circumbinary moons in the Pluto-Charon system
冥王星-冥卫一（PC）双星通常被认为是处于双同步状态的双星，这是其潮汐演化的终点。小的环双星，冥河，尼克斯，海王星和九头蛇，分别位于与冥卫一的平均运动共振（MMR）3/1，4/1，5/1和6/1附近，揭示了系统复杂的动力学结构。已经提出了PC系统的几种形成机制。我们的目标是分析卫星系统过去和目前的轨道动态。我们研究了过去和当前的PC系统的动力学通过一个大的数值积分的精确运动方程，占的PC二进制与小卫星和潮汐演化的引力相互作用，建模的恒定时间滞后的方法。我们在伪雅可比坐标系中构造了稳定性映射。此外，考虑到冥王星扁率的纬向谐波$J_2$和卡戎的吸积质量，我们研究了整个系统的潮汐演化。结果表明，在所选的参考系中，所有卫星的当前轨道都是近圆、近平且与Charon近共振的，这可以看作是该系统过去所经历的收敛耗散迁移的一个指标.我们验证，假设冥卫一在潮汐膨胀过程中完成其形成，卫星可以安全地穿过主MMR，而不会被强烈激发，从而弹出的运动。在这里提出的更现实的情况下，小卫星在PC双星的潮汐膨胀中幸存下来，而不必调用共振传输的假设。我们的研究结果指出，不能排除在PC系统中发现其他小卫星的可能性。
2021-12-22 astro-ph.EP
Triton and Pluto: same origin but separated at birth
本文通过分析 Pluto 和 Triton 的挥发物成分及超挥发物冰线位置，论证二者建造块同源于原太阳星云邻近区域，并解释 Triton 在海王星盘中生长需其建造块更早形成的约束。
2024-06-06 astro-ph.EP
On the Origin of the Pluto System
本章的目的是审查假说的起源冥王星系统的观测约束，已大大改善了85年的间隔冥王星的发现和探测器探测。我们专注于目前被认为是冥王星-冥卫一双星最有可能的起源的巨大撞击假说，并特别关注外太阳系中行星形成和迁移的新模型。我们讨论了该系统的四个小卫星所构成的起源难题。我们还详细阐述了这些方案的动力环境的早期transneptunian磁盘的影响，找到一个冥王星碰撞家庭的可能性，和柯伊伯带中的其他二元系统的起源。最后，我们强调了关于冥王星系统起源的悬而未决的问题，并提出了未来进展的领域。
2021-07-16 astro-ph.EP
Formation of Charon's Red Poles From Seasonally Cold-Trapped Volatiles
冥王星的大型卫星卡戎的一个独特之处是它的暗红色北极帽。冥王星表面类似的颜色被归因于碳氢化合物的高能辐射处理产生的有机大分子。这种物质在冥卫一上的极地位置暗示了冥卫一的高温和漫长的季节所导致的极端温度。冥王星大气层的逃逸为复杂化学的生产提供了潜在的原料。来自冥王星的气体在冥卫一的冬季极点被短暂的冷捕获和处理，被提出作为一个解释的基础上的图像，冥卫一的北半球，但没有定量建模。在这里，我们报告的图像，南半球照明的冥王星的光芒，也在接近阶段拍摄的图像显示了北极帽的范围内的极光。我们模拟了冥卫一的表面热环境，从冥王星逃逸的物质的供应和暂时的冷捕获，以及在冷捕获的同时，其光解处理成更复杂和挥发性更低的分子。模型的结果是一致的，提出的机制产生观察到的颜色图案的冥卫一。
2019-03-09 astro-ph.EP
Circumbinary Chaos: Using Pluto's Newest Moon to Constrain the Masses of Nix & Hydra
冥王星系统为研究具有多个低质量伴星的双星提供了独特的本地实验室。本文研究了冥王星系统中最近发现的卫星P4的轨道稳定性。这颗新发现的伴星的轨道靠近冥王星-冥卫一双星的平面，大约位于两颗小卫星尼克斯和水蛇的中间。我们使用一套少体积分来约束Nix和Hydra的质量以及P4的轨道参数。为了使系统在太阳系的年龄内保持稳定，尼克斯和九头蛇的质量可能分别不超过5e 16 kg和9 e16 kg。这些上限假设Nix和Hydra之间的固定质量比为它们的中值光学亮度所暗示的值。我们的研究发现，稳定性是更敏感的总质量和向下修正的冥卫一的偏心率（从我们采用的值0.0035）是不太可能显着影响我们的结论。我们的上限是一个数量级低于现有的天体测量限制的质量尼克斯和九头蛇。如果密度至少是冰的密度，尼克斯和九头蛇的密度将超过0.3。这种限制意味着它们是冰的，正如巨型撞击模型所预测的那样。即使有这些低质量，P4也只有在偏心率e < 0.02时才保持稳定。与冥卫一的5：1共振是特别不稳定的，结合稳定性约束和观测到的平均运动，P4的首选轨道就在5：1共振的外部。这些预测将在新视野卫星访问冥王星时得到验证。根据冥王星-冥卫一系统的结果，我们预计环双星系统，多行星系统将比它们的单星系统更广泛地分布。此外，接近三体稳定边界的环联系外行星，如开普勒发现的那些，不太可能在附近有其他同伴。
2012-05-23 astro-ph.EP
A Deep Search for Additional Satellites around the Dwarf Planet Haumea
妊神星是一颗矮行星，有两颗已知的卫星，一个异常高的自转速率，和一个大的碰撞家族，使它成为外太阳系中最有趣的天体之一。一个完全自洽的形成情景负责卫星和家庭的形成仍然是难以捉摸的，但一些过程预测许多小卫星的初始形成，类似于最近发现的冥王星周围的小卫星。由于观测限制，深入搜索KBO周围的常规卫星很困难，但Haumea是少数几个拥有足够数据的卫星之一。我们分析了哈勃太空望远镜（HST）的观测结果，重点是2010年7月获得的10个连续轨道序列，以寻找新的非常小的卫星。为了最大限度地提高搜索深度，我们实现并验证了一个非线性的移位和堆栈方法。没有发现妊神星的其他卫星，但通过植入和恢复人工源，我们表征了我们的敏感性。在距离Haumea 10，000 km和350，000 km之间的距离，半径小到$\sim$ 10 km的卫星被排除在外，假设一个类似于Haumea的卫星（$p \simeq 0.7$）。我们还排除了卫星大于$\gtrsim$ 40公里，在大多数希尔球使用其他HST数据。这种搜索方法排除了大小与冥王星小卫星相似的天体。通过制定明确的标准来确定要使用的非线性速率的数量，我们发现所需的移位速率（$\sim$ 35）比预期的要少得多。发现卫星（和其他移动瞬变）的非线性移位叠加方法是容易处理的，特别是在非线性运动开始显现的情况下。
2016-05-12 astro-ph.EP astro-ph.IM
The Wide-Binary Origin of The Pluto-Charon System
冥王星-冥卫一双星系统是柯伊伯带双星系统中研究得最好的代表。它的起源对于了解其他库珀带天体（KBO）和双星的形成以及外太阳系的演化至关重要。冥王星-冥卫一系统被认为是在两个大质量KBO以相对较低的速度发生巨大撞击后形成的。然而，两个质量最大的KBO之间发生随机直接碰撞的可能性很低，并且进一步受到低速碰撞要求的限制，使其成为一种潜在的微调情景。在这里，我们扩展了我们以前的研究，并提出，原冥王星-冥卫一系统形成为一个高度倾斜的宽二元，然后通过长期/准长期演变成一个直接的影响。由于宽双星在柯伊伯带中无处不在，许多预计是高度倾斜的，我们的方案预计将是强大的。我们使用分析工具和三重太阳（原）冥王星-冥卫一系统的少体模拟表明，一个大的参数空间的初始条件导致这样的碰撞。这种碰撞的速度是束缚系统的逃逸速度，这自然解释了低速碰撞。因此，冥王星-冥卫一系统的动力演化和起源可以追溯到与其他双星和接触双星（如Arrokoth）相似的长期起源，并表明它们在KBO的演化中发挥了关键作用。
2020-08-12 astro-ph.EP
Formation of Regular Satellites from Ancient Massive Rings in the Solar System
当一个行星潮汐盘--像土星环一样--扩展到罗氏半径之外（在罗氏半径内行星潮汐阻止聚合），卫星就形成并迁移走了。在这里，我们表明，太阳系中大多数规则的卫星可能是这样形成的。根据我们的分析模型，当扩散缓慢时，卫星的随从出现，质量随着到罗氏半径的距离而增加，与土星，天王星和海王星的卫星系统非常一致。这表明天王星和海王星曾经有巨大的环，这些环消失了，产生了它们的大多数常规卫星。当扩张迅速时，只有一颗大卫星形成，就像冥王星和地球一样。这在概念上弥合了类地行星系统和巨行星系统之间的差距。
2013-01-16 astro-ph.EP
The Tidal-Thermal Evolution of the Pluto-Charon System
在巨行星和外海王星天体的卫星上存在地下海洋的预测已经有一段时间了。冰世界上的海洋对冰-海洋系统的动力学有相当大的影响，而且由于其天体生物学潜力，是未来飞行任务的一个重要目标。冥王星-冥卫一系统代表了一颗冰冷的卫星，它围绕着一颗由巨大撞击的残余物形成的矮行星运行。冰卫星的演化主要受外部冰壳的热传递模式和效率控制，而外部冰壳的热传递受杂质的存在、冰壳中的潮汐耗散以及核心中的放射性元素收支的影响。以前对冥王星-冥卫一系统演化的研究要么只考虑了热演化，要么只考虑了潮汐演化，在两者都考虑的情况下，液态海洋中杂质的存在的重要影响没有得到解决。我们认为联合潮汐热演化系统相结合的一个全面的潮汐模型，采用了粘弹性潮汐响应与参数化对流模型开发的冰冷的世界。这种方法使广泛的分析所需的条件的形成和维持地下液体海洋到目前为止。我们的研究结果表明，由于快速循环和同步的轨道，潮汐加热是重要的，只有在早期阶段的演变（<1百万年）。我们测试我们的结果的灵敏度，初始轨道和热参数。在所有的情况下，冥王星上的海洋一直被预测到现在都是液态的，厚度从40公里到150公里不等，而卡戎上的海洋已经凝固。新视野号对冥王星上伸展断层和冥卫一上伸展和压缩断层的观测支持了这一点。
2021-09-27 astro-ph.EP physics.geo-ph
Kuiper Belt Formation via Grainy Planetary Migration
Kindai University（近畿大学）；University of Southern Queensland（昆士兰南方大学）；University of Washington（华盛顿大学）
通过颗粒状行星迁移模拟柯伊伯带形成，揭示海王星迁移对TNO分布的影响，但未能完全解释分离和极端TNO的观测特征。
2026-02-19 astro-ph.EP
Size, Shape, and Geometric Albedo of Dwarf Planet Quaoar's Largest Satellite Weywot
Florida Space Institute, University of Central Florida（佛罗里达空间研究所，中佛罗里达大学）；Department of Physics, University of Central Florida（中佛罗里达大学物理系）；Space Telescope Science Institute（太空望远镜科学研究所）；Instituto de Astrofísica de Andalucía（安达卢西亚天体物理研究所）；Department of Mechanical Engineering IIT Kanpur（坎普尔印度理工学院机械工程系）
本研究通过重新分析恒星掩星与哈勃空间望远镜成像数据，测得夸欧尔卫星韦沃特的尺寸、三轴形状及低几何反照率，推测其冰质量分数不足100%，来源与冥王星、妊神星卫星不同。
2026-10-09 astro-ph.EP
The Fate of Debris in the Pluto-Charon System
冥王星-冥卫一系统在新视野号飞过后变得更加清晰。我们使用N体模拟探测这个双矮行星系统的独特的动力学历史。我们遵循的碎片光盘，可能已经形成在卡戎形成巨大的影响演变。首先，我们注意到，如果冥卫一经历偏心潮汐演化，四颗环双星卫星的原位形成是极其困难的。我们跟踪了圆盘碎片与Charon的碰撞，估计数百到数十万个可见的陨石坑可能来自0.3 - 5公里半径的天体。新视野号的数据表明，这些小陨石坑的缺乏可能会限制圆盘的性质。虽然潮汐加热会消除一些陨石坑的历史，但潮汐和放射成因加热也可能使人们有可能区分盘状碎片陨石坑和柯伊伯带天体陨石坑。我们还跟踪了从冥王星-冥卫一系统喷射到太阳系的碎片;虽然这些碎片中的大部分最终从太阳系中消失，但几十个半径为10 - 30公里的天体可以作为冥王星-冥卫一碰撞家族幸存下来。大多数是与海王星3：2共振的冥王星，而少数则居住在共振附近。我们表明，在太阳系的历史早期迁移的巨行星不会破坏这个碰撞家庭。最后，我们建议，这样一个家庭的识别可能需要根据组成，因为它们显示出最小的集群在相关的轨道参数。
2016-12-30 astro-ph.EP
Synchronisation of a tidal binary by inward orbital migration. The case of Pluto and Charon
US Naval Observatory（美国海军天文台）；Charles University（查理大学）；King Abdullah University of Science and Technology（阿卜杜拉国王科技大学）；California Institute of Technology（加州理工学院）；ETH Zürich（苏黎世联邦理工学院）
研究通过潮汐迁移和接近两种机制探讨冥王星-Charon系统的同步问题，提出捕获假说更有可能，并分析了Charon初始轨道和自转的演化影响。
2026-04-19 astro-ph.EP
Self-preserving ice layers on CO2 clathrate particles: implications for Enceladus, Pluto and similar ocean worlds
在地球和宇宙中的工程和自然条件下，一些气体水合物被发现通过形成冰层而稳定在其热力学稳定性的窗口之外，这种现象称为自我保护。I型CO2笼形结构上的低占有率表面区域与自我保存的冰层一起导致这些结构的有效浮力，这限制了在土卫二、冥王星和类似海洋世界的海洋中漂浮的颗粒的尺寸范围。我们的目标是研究Lifshitz力和低占有率表面区域对笼形结构的影响，通过冰层形成进行自我保护，提出了一个合理的模型，该模型基于多层相互作用，通过分散力。我们预测，在0.01和0.2 $μ$ m厚的CO2笼形物表面之间的冰层的生长取决于低占有率的气体水合物中的表面区域的存在。有效粒子密度的估计界定了一系列的粒子，将在不同的海洋浮力。随着地质年代的推移，漂浮的CO2水合物的沉积可能导致液态水储层上方和各自海洋世界的水冰壳下方的三层厚水合物层的积累。在土卫二上，近地表水合物沉积物的不稳定可能导致气体压力增加，从而驱动羽流并夹带稳定的水合物重新沉积在土卫二表面或喷射到土星的E环中。在土卫二，特别是冥王星这样的海洋世界，厚厚的二氧化碳水合物沉积物的积累可以使海洋免受冰冻。为了防止海洋世界中液态水的冻结，二氧化碳水合物层的存在可以提高我们太阳系以及系外行星和系外卫星上海洋世界的可居住性。
2021-10-29 astro-ph.EP physics.ao-ph
Photochemistry and Haze Formation
本文综述了冥王星高层大气中光化学过程生成全球雾霾层的机制、颗粒增长与损失过程及其对大气演化的反馈，并指出未来研究需解决的开放问题。
2023-11-28 astro-ph.EP
From gas to satellitesimals: disk formation and evolution
卫星形成的主题与行星形成的主题有着严格的联系。巨行星在其形成过程中强烈地塑造了环行星盘的演变，从而间接地影响了控制卫星形成过程的初始条件。为了充分了解巨行星卫星系统的当前特征，我们需要考虑它们的形成环境和历史以及不同物理参数的作用。特别是，行星状星云中的压力和温度分布通过允许冰和惰性气体的冷凝而形成了它们的化学梯度。这些化学梯度反过来又决定了小卫星的组成，这些小卫星是目前规则卫星的组成部分。
2009-11-18 astro-ph.EP
Impacts of thrusting, extensional faulting, and glaciation on cratering records of Pluto's largest moon Charon: Implications for the evolution of Kuiper belt objects
利用新视野号航天器获得的最高分辨率图像进行的系统地貌测绘和详细地貌分析显示，冥王星最大的卫星卡戎上存在一系列可区分的地形，这些地形在早期研究中没有详细研究。我们的工作最重要的发现包括（1）截断和遗漏大陨石坑（直径> 30-40 km）及其环形山边缘脊，沿奥兹地几个向北、向东凸起的弧形山脉的东部边缘，（2）类似地球上冰碛地貌的叶状脊、叶状丘列和叶状裙，（3）包含悬谷的树枝状通道系统，（4）由平行的脊、节列和沟槽限定的局部条纹状表面，长度> 40-50 km。上述观测结果和卡戎所遇到的半球的地形二分法可以用一个碎片演化模型来解释，该模型涉及：（i）一次巨大的撞击，造成了火神平原盆地和沿其北部边缘的伸展断层带，（ii）一个瞬态大气层，能够驱动N2-冰冰川对水冰基岩的侵蚀，并将水冰碎片输送到沉积盆地，（iii）区域冰川侵蚀和早期侵位的撞击喷出物沉积物从奥兹地高地迁移到火神平原的低地盆地，（iv）同冰川作用北向逆冲，解释为由Charon的扩张引起，和（v）在全球冰川消退期间，在Vulcan Planitia下面的次表层N2冰上形成水冰碎屑覆盖层。火神平原的填充可能伴随着冰火山作用。撞击坑的广泛修改意味着，从Charon陨石坑的大小频率分布应该只作为一个下限时，用来测试柯伊伯带天体的形成机制。
2022-09-28 astro-ph.EP
Early formation of moons around large trans-Neptunian objects via giant impacts
最近的研究表明，所有大型（直径超过1，000公里）海王星外天体都形成卫星系统。虽然冥王星最大的卫星冥卫一被认为是直接由巨大撞击形成的撞击物的完整碎片，但巨大撞击是否可以解释所有大型TNO之间的次级与初级质量比和自旋/轨道周期的变化仍有待确定。在这里，我们系统地进行流体动力学模拟，调查卫星形成通过巨大的影响。我们发现，模拟的次级到初级的质量比在很宽的范围内变化，这与观测到的质量比重叠。我们还发现，卫星系统的自旋/轨道周期和小偏心率的当前分布可以解释只有当他们的自旋和轨道潮汐演变：最初作为流体状的机构，但最终作为刚体。这些结果表明，所有的卫星的大型TNO的形成在太阳系形成的早期阶段，海王星向外迁移之前，通过巨大的冲击，他们完全或部分熔融期间的巨大冲击时代。
2019-06-26 astro-ph.EP physics.geo-ph
A semi-analytical model for exploring Galilean satellites formation from a massive disk
更好地了解木星卫星的起源将有助于了解木星形成期间的环境，并有助于我们了解这个独特卫星系统的特征。我们开发了一个半分析模型来研究木星的定期卫星形成，并提出了我们的人口合成计算的结果。我们进行了模拟，采用了大量的，静态的，低粘度的环行星盘模型，与目前的研究在一个环行星盘的磁旋转不稳定性。我们发现，高的气体密度导致非常迅速的迁移的satellitesimals由于气体阻力和II型迁移的卫星在一个更快的磁盘为主的模式。大浓度的固体，大的积木和较长的II型迁移时间尺度有利于形成和生存的大型卫星。然而，像木卫三这样巨大的天体和那些远离木星的天体，如木卫四，很难在这种情况下形成。
2015-11-05 astro-ph.EP
Using Satellites to Probe Extrasolar Planet Formation
行星卫星是行星系的一个组成部分。在这里，我们对它们的形成做了两个预测。首先，具有一系列显著特征的原始卫星只在巨行星周围形成。如果这是真的，那么一个行星系统的原恒星星云的大小和持续时间，以及它的雪线的位置，可以通过知道它的哪些行星拥有原始卫星而哪些没有来限制。第二，所有围绕类地行星的卫星都是由撞击形成的。如果这是真的，这将极大地加强对类地行星历史的限制，因为它们的卫星的组成，大小和动力学。
2012-04-04 astro-ph.EP
Planetesimals and Satellitesimals: Formation of the Satellite Systems
规则卫星的起源与行星的形成直接相关，因为卫星形成于巨行星周围的气体和尘埃盘中，可以被视为小型太阳系，涉及一些密切相关的基本物理过程。木星和土星的常规卫星有许多显著的相似之处，这些相似之处共同构成了一个令人信服的理由，即它们的起源是由一种根深蒂固的秩序和结构控制的。此外，在最大的卫星的质量比，他们的主星，特定的角动量，和两个卫星系统的整体组成的相似性是显着的，需要解释。然而，差异也是惊人的。我们提出了一个共同的框架，木星和土星的定期卫星的起源，并讨论了吸积的气体，行星盘的卫星。在巨大的行星形成之后，在行星供给区的微行星会经历一段短暂的剧烈碰撞研磨。通过星子碎片的烧蚀将质量传递到环行星盘，这对许多卫星观测都有影响，将星子的历史与卫星的历史联系起来，最终与卫星本身联系起来。相比之下，不规则卫星是在行星形成的最后阶段或太阳系的早期演化过程中捕获的物体;其独特的起源反映在其物理特性中，这对卫星系统随后的演化具有影响。
2009-12-14 astro-ph.EP
Dust evolution and satellitesimal formation in circumplanetary disks
人们认为，巨行星的卫星形成于环绕行星的圆盘中。许多先前的贡献假设他们的形成过程类似于岩石行星形成，通过吸积的卫星种子，称为satellitesimals。然而，小卫星的形成本身就带来了一个不小的问题，因为行星盘中的尘埃演化受到快速径向漂移的严重影响，从而阻碍了尘埃向小卫星的生长。为了解决这个问题，我们在后处理步骤中将最先进的绕行星盘的流体动力学模拟与尘埃生长和漂移模型连接起来。我们发现，有一个有效的途径，卫星小的形成，如果有一个尘埃陷阱内的磁盘形成。由于在流体动力学模拟中天然存在向外的气体流动区域，在距离行星85 R $_{\rm J}$的径向距离处出现了一个重要的尘埃陷阱，在那里，尘埃与气体的比率变得足够高，从而触发流动不稳定性。流动的不稳定性导致卫星种子的有效形成。由于物质不断从环星盘下落，而尘埃演化的时间尺度很短，环星盘就像一个小卫星工厂，不断地将下落的尘埃加工成鹅卵石，聚集在尘埃阱中，并经历流动不稳定性。
2018-09-11 astro-ph.EP
Coorbital Satellites of Saturn: Congenital Formation
土星是目前已知的唯一拥有共轨卫星系统的行星。在目前的工作中，我们研究了质量吸积过程作为一种可能的机制，共轨卫星的形成。所考虑的系统是由土星，一个原卫星和一个云的微行星分布在共轨区域周围的三角拉格朗日点。原卫星的相对质量是土星质量的10^-6，而每一个微行星云的相对质量有三种情况，分别是土星质量的10^-14、10^-13和10^-12。在模拟中，每个微行星云由10^3、5 x 10^3或10^4个微行星组成。模拟结果显示，这些卫星的相对质量与土星系统中的卫星（10^-13 - 10^-9）的相对质量数量级相同。它们大多数呈马蹄形轨道，但也有相当一部分是L_4或L_5附近的蝌蚪轨道。因此，结果表明，这是一个合理的机制，形成共轨卫星。
2010-02-24 astro-ph.EP
Formation of Multiple-Satellite Systems From Low-Mass Circumplanetary Particle Disks
环行行星的粒子盘可能是在行星形成的后期由行星体的撞击或卫星或经过的天体的破坏而产生的，而卫星可以由盘粒子在洛希极限上的吸积而形成。以前的月球吸积N体模拟主要集中在从具有大的盘-行星质量比的盘形成单卫星系统，而最近的从具有较小质量比的盘形成多卫星系统的模型没有考虑形成的卫星之间的引力相互作用。在本工作中，我们研究卫星吸积从粒子盘具有不同的质量，使用N体模拟。在吸积盘的质量比月球吸积盘小的情况下，形成的卫星质量不足以清除盘，但可以变得足够大，以引力引导盘外缘，并由于与盘的引力相互作用而开始向外迁移。当卫星的2：1平均运动共振的径向位置到达罗氏极限之外时，第二颗卫星可以在盘外缘附近形成，然后两颗卫星继续向外迁移，同时被锁定在共振中。在第一颗卫星的轨道上偶尔会形成共轨卫星。我们的模拟还表明，在潮汐环境中，引力相互作用和聚集体之间的碰撞所涉及的随机性可能导致最终质量和轨道结构的多样性，这在系外行星的卫星系统中是可以预期的。
2014-11-17 astro-ph.EP
