Origin of the Moon's Earth-like isotopic composition from giant impact on a differential rotating proto-Earth
本文提出差异旋转原地球模型，说明小于火星大小天体的大撞击可形成主要由原地球物质构成且角动量符合约束的环地碎片盘，从而解释月球与地球同位素组成的相似性。
2025-05-14 astro-ph.EP astro-ph.HE
The Physics of Falling Raindrops in Diverse Planetary Atmospheres
一个雨滴落在云层下面的演化过程是由流体动力学和热力学控制的，从根本上讲，这些动力学和热力学可以转移到现代地球以外的行星大气中。在这里，我们展示了如何在任何行星大气中作为雨滴大小的函数来计算下降雨滴的三个特性--雨滴形状、终极速度和蒸发率。我们证明，这些简单的，相互关联的特性紧密结合在一个给定的大气中的雨滴的可能的大小范围，独立于知之甚少的增长机制。从雨滴下落和蒸发方程出发，证明了雨滴垂直输送潜热和可凝结质量的能力可以用一个新的无量纲数来描述。我们的研究结果的降水效率，对流风暴动力学和降雨率，这是了解行星辐射平衡和（在类地行星的情况下）行星驱动的表面侵蚀感兴趣的属性的影响。
2021-02-18 astro-ph.EP physics.ao-ph
Dynamics of space debris removal: A review
本文综述了空间碎片清除的动力学问题，梳理碎片统计特征、捕获方法及减缓与预防策略，强调其对航天机构和相关公司的严重威胁。
2023-04-12 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.space-ph
A Magnetized, Moon-Forming Giant Impact
月球被认为是在行星质量体与原地球之间的巨大撞击之后形成的。在一个典型的巨大撞击场景中，一个由蒸汽、液体和固体碎片组成的圆盘在原地球周围形成，并在可能的几十年演变之后凝结形成月球。利用最先进的数值模拟，我们研究了磁场对月球形成的巨大撞击的动力学效应。我们表明，湍流产生的碰撞本身，剪切的边界层之间的碰撞后的碎片领域和原地球，和湍流的蒸汽组成部分的磁盘放大的领域动态显着的强度。磁驱动的湍流促进了原月盘中的角动量输运。碎片物质被吸积到原地球上，使月球形成的效率降低，而磁盘被迫扩展到更大的半径，在其外缘冷却。磁场加速了原月盘蒸汽成分的演化，加速了月球的形成。
2020-10-09 astro-ph.EP
Medium Earth Orbit dynamical survey and its use in passive debris removal
中地球轨道区域有导航、通信和大地测量/空间环境科学卫星，其中包括全球导航卫星系统。由于直接到达地球（再入轨道）和相对拥挤的全球导航卫星系统邻近区域（墓地轨道）所需的机动费用很高，因此安全和有效地从中地球轨道清除碎片是一个问题。最近的研究突出了中高层大气区域复杂的长期动态，但也有可能利用这些动态来设计清除战略。在本文中，我们提出了我们的数值探索的长期动力学中的MEO，揭示了一套再入和墓地的解决方案，可以达到合理的DV成本机动的目的。我们模拟了超过120-200年的扩展网格的数百万个虚构的MEO卫星，覆盖所有倾角从0到90度，使用非平均的运动方程和一个合适的动力学模型，占主要的地球势项，第三体摄动和太阳辐射压（SRP）的动态。我们发现了一个相当大的一组可用的解决方案，再入时间超过40年，主要围绕三个特定的倾角值：46度，56度和68度;与我们的理解一致的结果中东部长期动力学。对于DV <= 300 m/s（即，如果从一个典型的全球导航卫星系统轨道开始，并以e<0.3的弃星轨道为目标，则可实现这一目标），从全球导航卫星系统高度再入大气层的时间超过~70年，而低成本（DV ~= 5-35米/秒）的墓地轨道，至少稳定200年，偏心率高达e~0.018。这一调查是在欧盟资助的“ReDogs”项目框架内进行的。
2019-04-11 astro-ph.EP physics.space-ph
Dynamical models and the onset of chaos in space debris
由于空间碎片造成的威胁日益严重，人们开发了不同的数学模型和方法来研究绕地球轨道运行的小粒子的动态。这类模型和方法在很大程度上取决于物体在地球表面上方的高度，因为作用在绕地球轨道运行的物体上的不同力（地球势、大气阻力、月球和太阳引力、太阳辐射压力等）的强度不同。随着残骸的高度而变化在这次审查中，我们的重点是介绍现代空间碎片问题研究中采用的不同分析和数值方法。我们首先考虑一个模型，包括地球重力位，太阳和月球的引力和太阳辐射压力。我们总结了运动方程，使用不同的形式主义：笛卡尔坐标，哈密顿制定使用Delaunay和周转变量，米兰科维奇元素。这些方法中的一些直接导致共振运动的分析。特别是，我们回顾最近发现的结果有关的动态附近的tesseral，长期和半长期的共振。作为上述方法的一个应用，我们着手分析一个及时的主题，即空间碎片动力学中出现混沌的可能原因。准确地说，我们讨论了重叠的共振现象，一个大的面积与质量比的影响，日月长期共振的影响。最后，我们简短地讨论了大气阻力引起的耗散效应，并列出了可能影响空间碎片动态的一些次要效应。
2016-12-28 astro-ph.EP math-ph math.DS
A New Database of Giant Impacts over a Wide Range of Masses and with Material Strength: A First Analysis of Outcomes
该研究建立了涵盖宽质量范围、考虑摩擦强度的高分辨率巨型撞击数据库，发现小质量天体碰撞会产生特殊结构，碎片逃逸速度高于现有假设，可提升行星形成N体模拟的真实性。
2024-01-30 astro-ph.EP
Insights into planet formation from debris disks: II. Giant impacts in extrasolar planetary systems
巨型撞击是指两个物体之间的碰撞，每个物体的质量都足以被认为至少是行星胚胎。假定的碰撞所遭受的原地球创造了月球是一个主要的例子，虽然大多数太阳系机构承担的签名，这种碰撞。目前的行星形成模型预测，一个巨大撞击的时代可能是不可避免的，对其他恒星周围碎片的观测提供了越来越多的证据，表明巨大撞击在许多行星系的演化中具有重要意义。本章回顾了巨大的撞击，重点是我们可以通过研究其他恒星周围的碎片来了解行星形成。巨大的撞击碎片通过与行星的相互碰撞和动态相互作用而演变。概述了这一演变的一般方面，注意到碰撞点的几何形状的重要性。以月球形成撞击为例讨论了碎片的可探测性。这种碎片在撞击后1000万年内可以在另一颗恒星周围探测到，但模型的不确定性可能会将探测能力降低到几百年的窗口。尽管如此，3%的年轻恒星碎片的水平，预计在类地行星形成形成模型提供了宝贵的限制，超级地球形成的影响也进行了讨论。最近在一些明亮的磁盘中观察到的变化有望照亮的演变在最早的阶段时，蒸汽冷凝物可能是光学厚和碰撞点的几何形状的严重影响。行星系的外围也可能显示出巨大撞击的特征，例如在一些恒星周围看到的星团碎片结构。
2016-03-15 astro-ph.EP
The Economics of Orbit Use: Open Access, External Costs, and Runaway Debris Growth
本文构建含内生碰撞风险的轨道使用物理—经济模型，比较开放获取与外部成本内部化，证明自催化碎片增长是 Kessler Syndrome 出现的关键。
2023-08-20 astro-ph.EP econ.GN q-fin.EC
Re-accretion of Giant Impact Ejecta Can Drive Significant Atmospheric Erosion on Terrestrial Planets
本研究针对巨撞击后被忽略的抛射物重新吸积过程开展模拟，发现该过程引发的次级撞击会显著加剧类地行星的长期大气侵蚀，巨撞击的大气剥蚀效率远高于此前认知。
2025-10-22 astro-ph.EP
N-Body Simulation of the Formation of the Earth-Moon System from a Single Giant Impact
巨型撞击假说是地月系统形成的主要理论。已经建立了模型，可以产生一个具有适当质量和成分的碎片盘来创造我们的月球。模型也被创造出来，从一个碎片盘开始，最终合并成一个月球。到目前为止，还没有一个模型可以在一次模拟中产生稳定的地月系统。在这里，我们结合了这一领域最近发表的两个想法，以及一个新的引力中心模型，并生成这样一个模拟。此外，我们展示了如何的方法可以产生一个异质的，缺铁的月球从两个碰撞机构的地幔材料制成，和由此产生的地球的赤道面是显着倾斜的黄道面。模拟的准确性增加了我们的月球是由两个天体的暴力结合而产生的理论的可信度。
2013-07-26 astro-ph.EP
The main asteroid belt: the primary source of debris on comet-like orbits
木星族彗星为近地空间提供了大量碎片。然而，对这些天体的望远镜观测似乎表明它们的物理寿命很短。如果这是真的，产生的物质也将是短暂的，但火球观测网络仍然检测到彗星轨道上的物质。这项研究审查了沙漠火球网络从2014年至2020年探测到的来自木星家族彗星状轨道的厘米级零星流星体。通过分析每个事件的动态历史和物理特征，我们确信它们是来自主小行星带还是外海王星区域。我们的研究结果表明，$<4\%$的JFC类轨道上的零星流星体是彗星的遗传。这一观测结果具有统计学意义，表明彗星物质过于脆弱，无法在近地空间生存。即使考虑到流星雨的贡献，JFC类轨道上的流星体也主要来自主带。因此，在地球上收集到真正的彗星陨石是极不可能的。
2021-05-16 astro-ph.EP
Consequences of Giant Impacts on Early Uranus for Rotation, Internal Structure, Debris, and Atmospheric Erosion
我们进行了一套光滑粒子流体动力学模拟，详细调查的结果，一个巨大的影响年轻的天王星。我们研究撞击后行星的内部结构、旋转速率和大气滞留，以及喷射到轨道上的物质的组成。撞击物岩石核心的大部分物质落入目标的核心。然而，对于更高的角动量的影响，显着的金额成为嵌入各向异性的冰块在冰层。此外，撞击物的大部分冰和能量都沉积在一个半径约为3个地球半径的高温高熵壳层中。这可以解释天王星观测到的缺乏来自内部的热流，并与理解其不对称的磁场有关。我们验证的结果，从以前的研究低分辨率模拟的质量至少2个地球质量的撞击物可以产生足够快的旋转后，影响天王星的角动量的范围。碰撞后，至少90%的大气层仍然与最后一颗行星相连，但超过一半的大气层可以被一个2或3个地球质量的撞击器喷射到洛希半径之外。这种大气侵蚀在撞击物角动量中等（~3*10^36 kg m^2 s^-1）时达到峰值。岩石被更有效地放置到轨道上，并通过2个地球质量的撞击物比3个地球质量的撞击物更有效地形成卫星，因为它需要被更大质量的撞击物抑制的潮汐破坏。
2018-07-03 astro-ph.EP
Debris from terrestrial planet formation: the Moon-forming collision
我们研究的是在类地行星形成的最后阶段，在巨大的撞击中产生的碎片的演化。起点是在模拟月球形成的影响中产生的碎片。动力学的演变是遵循10万年，包括地球，金星，火星和木星的影响。空间分布从最初几个月的一个团块演变为最初1万年的不对称环，最后在撞击后约100万年成为轴对称环。在撞击后的1000万年，20%的粒子被吸积到地球上，17%的粒子被吸积到金星上，8%的粒子被木星和其他天体喷射出来。然而，碎片的命运在很大程度上还取决于碰撞消耗的速度，而碰撞消耗的速度又取决于撞击碎片的大小分布没有得到很好的控制。假设碎片是由30%的质量毫米-厘米大小的蒸汽冷凝物和70%的巨石高达500公里，我们发现，冷凝物迅速耗尽约1000年的时间尺度，而巨石耗尽主要是动态的。通过考虑碰撞产生的尘埃在巨石碎片分布的光度，我们发现，月球形成的影响将很容易检测到周围的其他恒星在斯皮策24微米的调查约25百万年后的影响，与排放水平相比，许多已知的热尘埃系统。与此同时，蒸汽冷凝物会产生一种短暂的、光学厚度很大的发射尖峰。我们利用这些巡天来估算形成类地行星的恒星比例F_TPF。由于目前的类地行星形成模型采用了多次巨大撞击的方法，所以发现的10-100百万年恒星中有很低比例的热尘埃（~150 K）意味着F_TPF ~<10%。
2012-06-19 astro-ph.EP
Deterministic Conjunction Tracking in Long-term Space Debris Simulations
数值模拟是预测未来几十年空间碎片环境的核心。考虑到碎片生成事件，如持续的反卫星武器试验和计划中的巨型星座，准确预测空间碎片环境对于确保关键卫星轨道的长期可持续性至关重要。考虑到大量粒子的精确长期轨迹传播的计算复杂性，数值模型通常依赖于蒙特卡罗方法进行随机关联评估。另一方面，确定性方法具有更高的精度，可以用来验证随机方法。然而，它们对计算可行性提出了实质性挑战。在这项工作中，我们提出了一个数值模拟的结构和概念证明的结果，能够模拟长期碎片演变几十年来与确定性的会合跟踪模型。对于模拟，我们开发了一个有效的传播在现代C++占地球的重力异常，太阳辐射压力和大气阻力。我们利用AutoPAS，一个复杂的粒子容器，它自动选择最有效的数据结构和算法。我们目前的结果，从模拟的16 024个粒子在低地球轨道上超过20年。总的来说，会合跟踪预测的碰撞和近距离接触，以允许两者的详细研究。我们详细分析了仿真的运行时间和计算成本。总之，所获得的结果表明，现代计算工具最终能够进行确定性会合跟踪，并可用于验证先前的结果，对长期碎片环境进行更高保真的数值模拟。
2022-03-14 astro-ph.EP astro-ph.IM
The chemical diversity of exo-terrestrial planetary debris around white dwarfs
我们给出了白矮星PG 0843 +516、PG 1015 +161、SDSS 1228 +1040和GALEX 1931 +0117的HST紫外光谱，这些白矮星吸积了由小行星破坏形成的星周行星碎片。结合光学数据，在光球中检测到最少5种，最多11种不同的金属。金属下沉的时间尺度只有几天，这些恒星处于吸积/扩散平衡，光球的丰度密切反映了星周物质的丰度。我们发现的C/Si比是一致的散装地球，证实了岩石性质的碎片。它们的C/O值也非常类似于大块地球的C/O值，这意味着行星碎片主要由Mg和Fe硅酸盐组成。在四颗白矮星上发现的碎片丰度显示出相当大的多样性，至少可以与太阳系中不同陨石类别的丰度相媲美。PG 0843 +516的Fe、Ni、S、Cr等元素含量明显偏高，表明有熔融物质的增生作用，可能存在分异作用。PG 1015 +161相对于所有其他检测到的元素具有最低的Si丰度。不同白矮星周围行星碎片的Al/Ca比值非常相似。这类似于在太阳系的大多数天体中发现的这两种难熔亲石元素的丰度比几乎恒定。根据对星周碎片的主量元素的探测，计算出星周碎片的吸积速率为1.7e8g/s ~1.5e9g/s。我们在PG 0843 +516和SDSS 1228 +1040中的SiIV 1394，1403双峰中检测到额外的拱星吸收，让人想起在灾难性变量中的白矮星中看到的类似的高电离线。我们怀疑这些谱线起源于白矮星附近的…
2012-05-01 astro-ph.EP
The evolution of collision debris near the $ν_6$ secular resonance and its role in the origin of terrestrial water
本研究通过SPH和N体代码模拟$\ u_6$长期共振附近谷神星大小天体的碰撞，评估碎片输水至地球的量，支持外部污染模型解释地球水的来源。
2023-10-18 astro-ph.EP
Chemistry of Impact-Generated Silicate Melt-Vapor Debris Disks
在月球起源的巨型撞击理论中，月球是由撞击地球的物质喷射到绕地球轨道运行的圆盘中形成的。在这里，我们报告的初步结果，从硅酸盐熔体蒸汽平衡化学模型，这种影响产生的行星碎片盘。为了模拟两相（熔体+蒸汽）盘的化学行为，我们计算了在2000 ~ 4000 K温度范围内与熔融硅酸盐平衡的蒸汽的压力和化学组成随温度的变化。我们认为，元素O，Na，K，Fe，Si，Mg，Ca，Al，Ti和Zn的一系列散装硅酸盐组合物（地球，月球，火星，eucrite母体，angrites和ureilites）。一般来说，在较低温度（< 3000 K）下，盘的大气主要由Na、Zn和O2组成，而在较高温度下则由SiO、O2和O组成。高温化学是一致的任何硅酸盐熔体组合物，因此，我们预计丰富的SiO，O2和O是一个共同的特点，热，冲击产生的碎片磁盘。此外，饱和硅酸盐蒸气具有高度氧化性，氧逸度（fO 2）值（以及H2O/H2和CO2/CO比率）比太阳能组成气体高几个数量级。高fO 2值在磁盘大气中发现任何硅酸盐组合物，因为氧是最丰富的元素在岩石中。因此，我们预计高氧逸度是岩石行星之间碰撞产生的任何硅酸盐熔汽盘的普遍特征。
2013-03-15 astro-ph.EP
Demonstrating Martian Gravity
火星表面的重力比地球表面的重力小，导致降落时间更长。这种效应可以在地球上通过利用空气阻力和浮力来模拟，这使得低密度物体下降得足够慢，以接近火星表面上的物体。我们描述了一个计算机模拟的基础上的实验，近似火星重力，并验证我们的数值结果进行实验。
2016-02-18 astro-ph.EP physics.ed-ph physics.space-ph
The observing campaign on the deep-space debris WT1190F as a test case for short-warning NEO impacts
2015年11月13日，编号为WT 1190 F的小型人造物体进入斯里兰卡印度洋上空的地球大气层，几周前被发现可能是一颗新的小行星。在欧空局的空间局-近地天体协调中心，我们利用这一机会组织了一次地面观测活动，将WT 1190 F用作今后可能发生的涉及天然小行星体的类似事件的测试案例。
2017-10-20 astro-ph.EP
Giant impact between high-viscosity Theia and low-viscosity proto-Earth: Origin of lunar isotopic crisis
School of Physics, Henan Normal University（河南师范大学物理学院）
通过模拟高粘度忒伊亚撞击低粘度原地球，发现产生的碎屑盘主要来自原地球，且不违反角动量约束，从而解释了月球同位素危机。
2026-08-13 astro-ph.EP
The role of multiple giant impacts in the formation of the Earth-Moon system
地月系统被认为是通过一次巨大的碰撞形成的，在这次碰撞中，月球从撞击产生的碎片盘中吸积而成。然而，这种巨大的撞击是罕见的，在其演化过程中，地球经历了许多较小的撞击，产生了可能共同进化的较小卫星。在月球形成的多重撞击假说中，目前的月球是由几个较小的卫星（小卫星）合并而成，每个小卫星都是由连续的大撞击产生的碎片盘形成的。在撞击之间的迈尔士，一个先前存在的小卫星潮汐向外演化，直到随后的撞击形成一个新的小卫星，在这一点上，两个小卫星将潮汐演化，直到合并或系统中断。在这项工作中，我们研究的可能性，预先存在的小卫星生存随后的影响事件，并探讨地球小卫星系统，其中包含两个小卫星产生迈尔士分开的动力学。我们证明，预先存在的小卫星可以潮汐向外迁移，在随后的影响保持稳定，后来与新创建的小卫星合并（或重新与地球碰撞）。因此，由几个小卫星合并而形成的月球可能是地球通过多次撞击而成长的自然副产品。更一般地说，我们研究了地球有先前的卫星的可能性和后果，并发现小卫星的稳定性对后续影响的破坏意味着几个大的影响可能晚于月球形成。
2018-06-01 astro-ph.EP
Origin of the lunar isotopic crisis from solidification of a stratified lunar magma ocean
本文提出，在假设忒伊亚地幔富铁的前提下，分层月球岩浆洋凝固会使上层固体来自原始地球地幔，从而自然解释月球类地球同位素组成，解决月球同位素危机。
2025-09-08 astro-ph.EP
A collision in 2009 as the origin of the debris trail of asteroid P/2010 A2
P/2010 A2是2010年1月LINEAR近地小行星巡天发现的奇特天体，虽然没有中央凝聚或彗发，但由于存在物质痕迹而被命名为彗星。这一天体出现在主小行星带内的小行星轨道（偏心率和倾角都很小）上，引起了人们的注意，因为它可能是最近确认的“主带彗星"类的新成员。如果得到证实，这一新的对象将大大扩大范围内的太阳中心的距离超过MBCs被发现。在这里，我们提出的意见，从独特的观察几何提供了欧空局的罗塞塔航天器，远离地球，这表明，痕迹是由于一个单一的事件，而不是一个时期的彗星活动，在协议的独立结果从哈勃太空望远镜（HST）。这条轨迹是由毫米到厘米大小的相对较大的颗粒组成的，它们仍然靠近母小行星。轨迹的形状可以解释为最初的冲击喷射出大团块的碎片，这些碎片几乎立即分解和分散。我们确定这是2009年2月10日左右发生的小行星碰撞。
2010-10-27 astro-ph.EP
Distribution and Evolution of the Debris Cloud from the Fragmentation of Intelsat 33E
Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences（中国科学院云南天文台）；National University of Defense Technology（国防科技大学）；State Key Laboratory of Space System Operation and Control（空间系统与运行控制国家重点实验室）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）
采用概率方法分析 Intelsat 33E 在 2019 年 10 月 19 日解体后碎片云的演化与分布，利用 NASA 标准解体模型和解析传播模型揭示赤道面高密度环结构，并通过蒙特卡洛模拟验证模型，评估对 GEO 卫星的碰撞风险。
2026-06-01 astro-ph.EP
The space environment particle density in Low Earth Orbit based on two decades of in-situ observation
本研究基于DEBIE-1探测器超过20年的在轨实地观测数据，提供了迄今最长的连续测量数据集，为探测空间环境变化事件和校准长期演化模型提供了首个独立来源。
2024-09-20 astro-ph.EP stat.AP
Radiometric sensitivity and resolution of synthetic tracking imaging for orbital debris monitoring
OpticalX, LLC.（OpticalX有限责任公司）；College of Optical Sciences, University of Arizona（亚利桑那大学光学科学学院）
该研究通过相空间像素和多尺度X射线处理，提高合成跟踪成像对轨道碎片的辐射灵敏度和分辨率，实现亚厘米级碎片的检测与轨道参数确定。
2025-12-01 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.optics
Takeout and Delivery: Erasing the Dusty Signature of Late-stage Terrestrial Planet Formation
像地球这样的行星的形成预计将以一系列后期巨型撞击结束，这些撞击产生温暖的尘埃碎片，这是最令人期待的类地行星形成过程中的可见路标。虽然现在有证据表明，地球大小的类地行星围绕着相当一部分太阳型恒星运行，但很少检测到它们形成时的预期尘埃碎片特征。在这里，我们讨论几种方式，我们目前的想法类地行星的形成意味着运输机制能够消除预期的碎片签名。可以通过“取出”（即，巨大撞击中行星大气的释放）或“传递”（即，被小行星和彗星抛入类地行星区域）的水平足以清除温暖的碎片。来自年轻恒星的强大恒星风也可以发挥作用，其传递的风动量产生拖曳力，带走温暖的碎片。如果这样的过程是有效的，类地行星可能会不引人注目地聚集在一起，几乎没有伴随它们诞生的宣传和喧闹。或者，罕见的过度温暖可能意味着类地行星通常形成得很早，从星云阶段完全形成，而没有经历后期的巨大撞击。无论哪种情况，观测到的类地行星形成的路标似乎比以前假设的更具挑战性。我们讨论这些想法的观察测试。
2023-02-18 astro-ph.EP astro-ph.SR
Fomalhaut b could be massive and sculpting the narrow, eccentric debris disc, if in mean-motion resonance with it
北落师门星拥有一个狭窄的偏心碎片盘，加上一个高度偏心的伴星北落师门b。通常认为北落师门b不可能有很大的质量，否则它会很快扰动圆盘。我们表明，在内部的平均运动共振与一个大规模的，共面北落师门b的材料实际上是长期稳定的，并占据轨道类似于所观察到的碎片。此外，共振体之间碰撞释放的毫米级尘埃可以再现所观察到的圆盘的宽度、形状和方向。我们首先重新研究北落师门b的可能轨道，假设它只在重力作用下运动。如果北落师门b的轨道靠近圆盘的中平面，那么它的轨道就穿过圆盘，两者是近轴对齐的。这种排列可能暗示着一种正在进行的动态相互作用。使用观测允许的轨道，我们然后模型之间的相互作用的一个巨大的北落师门b和碎片。虽然大多数碎片是不稳定的，在这样一个极端的配置，我们确定了几个共振人口保持稳定的恒星寿命，尽管穿越轨道的北落师门b。这些碎片所处的轨道与所观察到的碎片环相似，属于低偏心率轨道。这些共振体会有一个cluerical分布，但它们之间碰撞释放的尘埃会形成一个狭窄的，相对光滑的环，类似于观测。我们表明，如果北落师门b的质量介于地球和木星之间，那么，它非但不会清除观测到的碎片，反而会通过共振相互作用对其进行雕刻。
2021-03-08 astro-ph.EP
Meteoroid Stream Formation Due to the Extraction of Space Resources from Asteroids
[摘要]小行星采矿并不一定是一个遥远的前景。隼鸟2号和OSIRIS-REx最近与近地小行星进行了重新确认，并将把样本送回地球。虽然这些任务有重大的科学动机，但也有资源利益。空间机构和商业实体对可用于在空间生产火箭燃料的冰和含水矿物特别感兴趣。主要空间机构的国际协调路线图取决于对这些天体自然资源的利用。几家公司已经制定了从近地天体中拦截和提取水和矿物质的计划，因为即使是一颗小行星也可能具有很高的经济价值。然而，小行星表面重力低，可能会造成采矿废物的释放和随后形成碎片流，这是小行星采矿的一个后果。在提取过程中控制材料的策略最终可能仍然需要有目的地丢弃废物，以避免管理不必要的质量。使用模拟，我们探索采矿碎片流的形成，通过整合从四个选定的小行星释放的粒子。其中包括辐射效应，并探讨了碎片大小的范围。模拟结果被用来研究碎片流形成的时间尺度、碎片流的大小以及与零星流星体相比的流星体通量。我们发现，巨大的采矿活动导致的损失的百分之几的小行星的质量或更多，它是可能产生的流，超过零星的流量在流交叉的一些流星体的大小。这些模拟的结果旨在突出显示NewSpace活动可能产生的潜在意外后果，这可能有助于为制定国际空间资源准则的努力提供信息。
2019-11-28 astro-ph.EP
Warm Debris Disks Produced by Giant Impacts During Terrestrial Planet Formation
在我们的太阳系中，在类地行星形成的最后阶段，火星大小的原行星经常相互碰撞，这一阶段被称为巨型撞击阶段。巨大的撞击将大量物质从碰撞的原行星喷射到类地行星区域，这可能形成碎片盘，并有可观察到的红外线过剩。事实上，已经观察到数十个温暖的碎片盘围绕着年轻的太阳型恒星。在这里，我们定量地估计在巨大的影响阶段喷出的物质的总质量。我们发现，在整个大撞击阶段，总喷射出地球质量的$\sim$ 0.4倍。喷射出的材料被碰撞级联研磨，直到微米级的颗粒被辐射压力吹出。这些喷射物质的耗尽时间尺度主要取决于其中最大物体的质量。我们对巨大撞击进行了高分辨率模拟，以准确获得最大喷射体的质量。然后，我们计算了一系列的巨大的碰撞产生的碎片盘的演化和碰撞级联耗尽，以获得的碎片盘的红外过量演化。我们发现，在整个大撞击阶段（$\sim$ 1亿年），红外过量几乎总是高于恒星红外通量，有时在大撞击后立即高出$\sim$ 10倍。因此，巨大的撞击阶段可以解释大多数观测到的温暖碎片盘的红外过量。观察到的具有温暖碎片盘的恒星比例表明，类似太阳系的类地行星的形成概率约为10%。
2015-08-05 astro-ph.EP
LBT Reveals Large Dust Particles and a High Mass Loss Rate for K2-22 b
正在解体的候选行星K2-22 b表现出周期性和随机性的凌日现象，最好的解释是逃逸的碎片云。然而，产生碎片云的机制尚不清楚。碎片的颗粒大小以及它的升华率可以帮助理解分解行星的环境。在这里，我们提出了同时测光与g波段在0.48微米和KS波段在2.1微米使用大双目望远镜。在尘埃活动非常低的事件中，我们对行星的大小设定了一个新的上限，即0.71地球半径或4500公里。我们还发现了一个中等深度的过境，可以用来限制尘埃粒子的大小。我们发现，中值粒径必须大于约0.5至1.0微米，这取决于碎片的组成。这导致约3e 8 kg/s的高质量损失率，这与流体动力学逃逸模型一致。如果它们是由某种替代机制产生的，比如火山爆发，那就需要非凡的地质活动。结合我们对行星大小的上限和高质量损失率，我们发现行星的寿命不到3.7亿年。当采用流体动力学模型预测的0.02地球质量时，这一数字下降到2100万年。
2021-06-14 astro-ph.EP
Dynamics of resonances and equilibria of Low Earth Objects
地球周围的空间密集地分布着人造卫星和仪器，其轨道分布在低地球轨道区域（LEO），高度在90至2 000 $km$之间。由于碰撞和碎裂，许多大小不一的空间碎片留在低地球轨道区域。鉴于碎片碰撞可能对运行中或载人卫星造成的损害所带来的威胁，现在必须对其动力学进行研究。这项工作的重点是平衡的存在和动态的共振低地球轨道。我们的结果是基于一个简化的模型，其中包括地球位势和大气阻力。利用这个模型，我们对共振和平衡位置，包括它们的位置和稳定性进行了定性研究。由于大气的耗散效应引起了潮汐衰变，但我们给出了不同行为的例子，确切地说是通过共振的直接通道，或者说是暂时的捕获。我们还研究了太阳活动周期对大气密度波动的影响，并分析了太阳和月亮对低轨天体的影响。
2017-10-05 astro-ph.EP math-ph math.DS
A study of the lunisolar secular resonance $2\dotω+\dotΩ=0$
自从认识到空间碎片在不久的将来可能造成的问题以来，人们对地球周围小型天体的动力学又重新产生了兴趣。在空间碎片方面，日月长期共振起着一种相关的作用，这种共振可能有助于轨道要素的增加，特别是偏心率的增加。我们把注意力集中在由关系式$2\dotω+\dotΩ=0$描述的日月长期共振上，其中$ω$和$Ω$分别表示空间碎片近地点幅角和升交点经度。我们介绍了三种不同的模型，随着复杂性的增加。我们表明，偏心率的增长，在位于中东部区域的空间碎片中观察到的倾角约等于$56^\circ$，可以解释为长期共振$2\dotω+\dotΩ=0$的自然效应，而轨道参数的混沌变化的相互作用和附近的共振重叠的结果。
2016-03-10 astro-ph.EP
Second-timescale Glints from Satellites and Space Debris Detected with Tomo-e Gozen
本研究利用Tomo-e Gozen开展大视场观测，发现大量来自高轨卫星和碎片的秒级闪光，测得其事件发生率，指出这类闪光是光学暂现源搜寻的重要前景干扰。
2025-09-30 astro-ph.EP astro-ph.HE astro-ph.IM
Fomalhaut b as a Dust Cloud: Frequent Collisions within the Fomalhaut Disk
候选行星北落师门b在可见光下明亮，但在较长波长下无法探测到，需要一个大的反射尘埃云。最近的观测发现了一个极偏心的轨道（e ~ 0.8），表明北落师门b不可能是限制系统偏心碎片环的行星。然而，有人提出围绕超级地球的不规则卫星群，解释约束良好的碎片环需要一个额外的行星，其轨道与假定的超级地球的轨道交叉。本文扩展了第二个理论：北落师门b是由盘中的星子之间的灾难性碰撞产生的瞬态尘埃云。我们进行碰撞概率模拟的北落师门碎片盘的基础上，我们的柯伊伯带的结构，发现灾难性的破坏率的d ~ 100公里的机构在高偏心率散射组件是每十年几个。这个模型描绘了北落师门系统最近（大约在10-100百万年之间）经历了其行星系内的动力学不稳定性，将大量的星子分散到类似于Fom b的大而高的偏心率轨道上。如果北落师门b确实是由这样的碰撞产生的尘埃云，我们应该很快就会看到另一个出现，而北落师门b将膨胀，直到它被分解或变得太暗而无法看到。
2015-02-26 astro-ph.EP
Micro-Doppler signatures and object characterisation of space debris with radio telescopes
本研究依托SHARP计划提出利用现有天文望远镜改造的多基地雷达技术，通过C波段波形的微多普勒分析表征空间碎片，实现了秒级旋转周期测定、10%内尺寸估计误差及最高30%的位置不确定性降低，提升了澳大利亚空间态势感知自主能力。
2025-10-28 astro-ph.EP astro-ph.IM
Objects orbiting the Earth in deep resonance
绕地球轨道运行的物体越来越多，因此有理由对观测、航天器保护和避免碰撞给予极大的关注和兴趣。这些研究涉及这些物体轨道运动中不同的扰动和共振，这些扰动和共振分布在不同的高度上。在这项工作中，TLE（双线元素）的NORAD研究观测的谐振周期的物体绕地球和在低地球轨道区域的主共振。研究了空间碎片的半长轴、偏心率和倾角随时间的变化规律。通过频率分析和描述这些物体轨道动态的不同共振角的存在，观察到可能的不规则运动。
2012-10-30 astro-ph.EP physics.space-ph
ALMA observations of the multiplanet system 61 Vir: What lies outside super-Earth systems?
十年的调查表明，在拥有低质量行星的系统中，碎片盘的发生率可能更高。这可能是由于接近的岩石行星和大半径的微行星的共同有利的形成条件。在本文中，我们提出了第一个解决毫米研究的碎片盘在4.6 Gyr老多行星系统61 Vir，结合ALMA和JCMT数据在0.86毫米。我们拟合的数据使用参数盘模型，发现星子盘从30 AU延伸到至少150 AU，具有幂律斜率为0.1 $^{+1.1}_{-0.8}$的毫米级晶粒的表面密度分布。我们还提出了一个数值碰撞模型，可以预测的毫米晶粒的表面密度的演变为一个给定的原始光盘，发现它不一定有相同的径向轮廓的总质量表面密度（如以前的研究建议的光学深度），与前者更平坦。最后，我们发现，如果星子盘在150天文单位被一个额外的看不见的行星搅动，该行星的质量应该超过10 M $_{\oplus}$，位于10-20天文单位之间。行星质量较低，半长轴低至4天文单位，偏心率$\gg$ 0.1是可能的。
2017-05-04 astro-ph.EP
Variations on Debris Disks III. Collisional Cascades and Giant Impacts in the Terrestrial Zones of Solar-type Stars
我们分析了两套新的凝聚计算的固体粒子轨道内的地球区域的太阳型恒星。在碰撞级联模型中，数值模拟表明，总质量，质量在1毫米和更小的颗粒，和尘埃光度随时间的下降比预测的分析模型，$\propto t^{-n}$与$n \approx$ 1.1-1.2，而不是1更快。从数值计算得出的尺寸分布遵循分析预测在半径小于0.1公里，但比预测的更大的尺寸更浅。在行星形成的模拟中，尘埃光度的下降比纯粹的碰撞级联要慢，$n \approx$为0.5-0.8，而不是1.1-1.2。在这一衰减过程中，巨大的撞击产生了巨大的、可观测到的尘埃亮度峰值，持续时间大约为0.01-0.1百万年，每隔1-10百万年重复一次。如果大多数太阳型恒星都有地球质量的行星，其$a \lesssim$为$a \lesssim$ 1-2 AU，那么对1- 1亿年恒星周围的碎片的观测就可以对理论进行有趣的测试。目前的数据排除了类地行星是由1000公里或更大的微行星形成的理论。虽然观测到的$\gtrsim$ 3000万年老恒星中碎片盘的频率与我们的计算结果一致，但观测到的500 - 2000万年老恒星中温暖碎片的频率比预测的要小。
2015-12-03 astro-ph.EP astro-ph.SR
Bifurcations of lunisolar secular resonances for space debris orbits
利用分岔理论，研究了太阳和月球在空间碎片绕地轨道上引起的长期共振。特别是，我们集中在一类特殊的长期共振，这只取决于碎片的轨道倾角。这一类通常被细分为三种不同类型的长期共振：那些发生在临界倾角，那些对应于极轨道，和第三种类型的变化率的近地点和经度的上升交点的线性组合。描述空间碎片动力学的模型包括地球位势的影响以及太阳和月球的引力，并根据适当的作用角变量加以界定。我们认为，该系统的平均异常的碎片和太阳和月亮。这种多重平均哈密顿量被用来研究只依赖于倾角的日月共振。借用的技术从理论的分叉的哈密顿范式，我们研究的诞生周期轨道，我们确定的能量阈值在哪里发生的分叉的日月长期共振。这种方法为我们提供了关于平衡的存在和位置的物理相关信息，这有助于我们识别相空间中的稳定和不稳定区域。除了它们的物理意义外，对倾角相关共振的研究从动力学的角度提供了有趣的见解，因为它揭示了与分叉理论相关的不同现象。
2016-03-28 astro-ph.EP math.DS
Tracking an Untracked Space Debris After an Inelastic Collision Using Physics Informed Neural Network
针对低轨小型未跟踪空间碎片难以跟踪的问题，提出基于PINN的碰撞后轨迹估算方法，通过模拟8565起非弹性碰撞实验验证，该方法在状态、质量等参数预测上优于经典优化及深度神经网络方法。
2024-01-25 astro-ph.EP physics.space-ph
Narrow-Shell Stochasticity in Source-Sink Models of the Low Earth Orbit Environment
Myongji University（明知大学）；Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；Purdue University（普渡大学）
该研究针对LEO源汇模型，将其建模为马尔可夫跳跃过程，推导得到随壳体积变窄而与确定性ODE偏离的SDE近似，可用于更准确评估窄壳下的LEO碰撞风险与可持续性。
2026-08-28 astro-ph.EP math.PR physics.space-ph
Coupled Orbit-Attitude Dynamics of High Area-to-Mass Ratio (HAMR) Objects: Influence of Solar Radiation Pressure, Earth's Shadow and the Visibility in Light Curves
不受控制的地球轨道物体的轨道和姿态动态受到各种来源的扰动。在研究方面，重点放在实用空间飞行器上。运行卫星通常具有相对紧凑的形状，因此具有较低的面积质量比（AMR），并且在大多数情况下主动或被动地姿态稳定。这使得人们能够将轨道和姿态传播视为解耦问题，并且在许多情况下，姿态动力学可以完全忽略。空间碎片物体的情况则不同，因为它们的姿态不受控制。此外，稳态姿态运动可以在数据简化间隔上取平均的假设可能不再有效。此外，一部分碎片物体的面积质量比值很高，即使假定AMR值稳定，也会因太阳辐射压力等因素而使轨道受到高度扰动。这个假设意味着一个稳定状态的姿态，这样暴露在太阳下的平均横截面积接近常数。由于姿态变化引起的时变太阳辐射压力加速度将导致状态传播中的未建模误差。本文研究了HAMR天体的姿态和轨道耦合运动的演化。在近地球同步轨道上模拟多层绝缘的标准件。它假设的对象是刚体，并在不受控制的姿态状态。研究了地球引力场和太阳辐射压对卫星姿态运动的综合影响。提取表示在特定观看方向上随时间观察到的亮度变化的光变曲线。传感器模型被用来产生光变曲线与能见度的限制和幅度的不确定性所观察到的一个标准的地面望远镜。
2013-11-30 astro-ph.EP
Clustering SPH Debris into N-body Fragments: A Collisional Code for Planet Formation
Center for Astrophysics and Space Science (CASS), New York University Abu Dhabi（纽约大学阿布扎比分校天体物理学与空间科学中心）
提出SHARD框架，通过插值SPH模拟结果并聚类碎片为N体粒子，在保持总质量和挥发分守恒的同时，实现碰撞后碎片的动态演化，为行星形成晚期吸积研究提供替代完美合并的方案。
2026-06-17 astro-ph.EP astro-ph.IM
Implantation of Martian materials in the inner solar system by a mega impact on Mars
观测和陨石表明，火星物质神秘地分布在太阳系内部。对火星的巨大撞击会产生火星半球的二分法，火星的卫星可能会喷出火星物质。最近的一项工作表明，巨型撞击产生的碎片可能被捕获为火星特洛伊人，并植入小行星带。然而，尚未对碎片的数量、分布和组成进行研究。在这里，使用流体动力学模拟，我们报告说，大量的碎片（$\sim 1\%$火星的质量），包括火星地壳/地幔和撞击物的材料（$\sim 20:80$），被喷出的二分法形成的影响，并分布在$\sim 0.5-3.0$天文单位之间。我们的研究结果表明，未熔化的火星地幔碎片（火星质量的$\sim 0.02\%$）可能是火星特洛伊，匈牙利地区和主要小行星带富含橄榄石的小行星的来源，其中一些甚至撞击早期地球。一次巨大的撞击可以自然地将火星地幔物质植入内太阳系。
2018-03-19 astro-ph.EP astro-ph.IM
Resonances in the Earth's Space Environment
我们研究地球周围空间区域中共振的存在。我们考虑一个无质量的物体（例如，一个尘埃粒子或一个小的空间碎片）受到不同的力：地球势的引力，太阳和月亮的影响。我们区分了不同类型的共振：田面共振是由于涉及粒子的公转和地球自转的可调和性，半长期共振包括月球和太阳的平均异常的变化率，而长期共振仅取决于近地点和扰动天体升交点的辐角的变化率。我们这样的共振的特点，给出精确的陈述的区域中可以找到的共振，并提供一些具体的可解释性关系的例子。
2019-12-10 astro-ph.EP math.DS physics.space-ph
Dynamical Lifetime Survey of Geostationary Transfer Orbits
本文研究了中地球轨道（MEO）区域高椭圆轨道（HEO）的长期动力学演化。实际卫星群主要包括以特定倾角发射的地球同步转移轨道、闪电型卫星和有关碎片。我们进行了一套长期的数值积分（高达200年）内的一个现实的动力学模型，主要目的是记录动态寿命的轨道（定义为大气层再入所需的时间），并了解其依赖于初始条件和其他参数，如面积质量比（A/m）。我们的研究结果是以2-D寿命图的形式，对于不同的值的倾角，A/m，和阻力系数。我们发现，大多数小碎片（> 70%，取决于倾角）可以在25-90年内自然重返，但这些数字对于大碎片（例如，高级火箭），但从高纬度（拜科努尔）发射的火箭除外。我们估计的再入概率和平均动态寿命为不同类别的地球静止轨道，我们发现，这两个数量主要和强烈依赖于初始近地点高度。大气阻力和较高的A/m值扩大了再入区，特别是在低倾角时。对于高倾角，这种依赖性被削弱，因为导致再入的主要机制是重叠的日月共振。这项研究是欧盟资助的（H2020）“ReDIGITAL”项目的一部分。
2019-04-11 astro-ph.EP physics.space-ph
Size limits on tidal debris around white dwarfs: the km-size barrier
University of Texas at Austin（德克萨斯大学奥斯汀分校）；Planetary Science Institute（行星科学研究所）；University of Warwick（华威大学）
本文通过考虑范德瓦尔斯力引起的非零内聚力，计算了白矮星周围潮汐碎裂产生的最大碎片尺寸，发现典型尺寸为0.1-1千米，即千米级屏障，并指出后续盘演化需先经历碰撞研磨等尘埃形成过程。
2026-06-01 astro-ph.EP astro-ph.SR
Dynamical investigation of minor resonances for space debris
我们研究空间碎片在与较小共振相对应的区域中的动力学;确切地说，我们考虑共振3：1、3：2、4：1、4：3、5：1、5：2、5：3、5：4，其中j：l共振（整数为j、l）意味着碎片公转周期与地球自转周期之比为j/l。我们考虑一个哈密顿函数描述的地球势的影响，我们使用合适的有限展开的哈密顿函数的描述不同的共振。特别是，我们确定主导的条款，在一个特定的轨道区域，从而限制我们的计算非常少的谐波。利用与展开式的每个项相关联的类正弦结构，我们能够确定对应于不同谐波的岛的振幅。通过简单的数学公式，我们可以预测不同的参数值的共振岛的分裂或重叠的发生。我们还发现了几种随着倾斜度的变化而表现出跨临界分岔的情况。这些结果，这是一个仔细的数学分析的基础上的哈密顿展开，证实了通过计算所谓的快速Laypendant指标所获得的动力学行为的数值研究。由于哈密顿方法只包括地球势的影响，我们验证我们的结果进行数值积分在笛卡尔变量的一个更完整的模型，包括太阳和月亮的引力，以及太阳辐射压力。
2015-04-20 astro-ph.EP math-ph math.DS
