早期古柏帶碰撞演化過程之推證

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周伊珊(Yi-Shan Chou) 查詢紙本館藏

畢業系所

天文研究所

論文名稱

早期古柏帶碰撞演化過程之推證
(The indication of early Kuiper Belt collisional evolution)

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摘要(中)

於1950年代，有兩位天文學家古柏（Gerard Kuiper）和艾吉沃斯（Kenneth Edgeworth）分別提及了古柏帶的存在。雖說他們的說法與現今古柏帶的真實位置有所出入，但仍稱得上是首先推測古柏帶的始祖。過了近半個世紀，Jewitt和Luu於1992年使用夏威夷Mauna Kea上2.2公尺的望遠鏡，成功地觀測到歷史上第一顆KBO─1992QB1，首度証實了古柏帶天體的存在。而短短十多年的光陰，這群小天體的數量已累積達一千顆以上。
目前已有許多天文學家致力於研究KBOs的動力環境，且依據KBOs不同的動力性質，我們大致可將KBOs分成三大類：CKBOs、Plutinos和SKBOs。而根據觀測所得的KBO之物理性質，如尺寸分佈、總質量、反照率等，可以幫助我們進一步了解古柏帶天體的演化歷程。於早些時候，一般相信古柏帶完整地記錄了太陽系早期形成的演化訊息，但最近科學家們藉由理論和觀測的結果發現，這個遙遠且看似平靜的邊陲地帶，很可能是一連串不斷碰撞演化過程下的產物。
我們亦可從另一觀點來切入並探討古柏帶的演化此一問題，即古柏帶天體的化學性質─「KBO的表面顏色」。由於有許多因素得以改變古柏帶天體的顏色，如原始組成成分、宇宙輻射射線的作用及碰撞作用，故研究KBOs表面顏色的變化，很可能就是幫助我們解開太陽系形成謎團的一把重要鑰匙。
我們從兩個角度來著手討論「古柏帶碰撞演化」的問題。首先，建立一「古柏帶總質量隨時間變化」的模型，發現當早期KBOs原始總數愈多或遞減愈緩慢時，經過碰撞所存活下來的古柏帶天體，其尺寸也會比較大。接著，運用一簡單的關係式來模擬KBO表面的顏色變化，結果發現各種尺寸的KBO最終的顏色均趨於一致，故我們覺得碰撞對顏色所能造成的變化是很有限的，一定存在著另一個因素會影響顏色的變化。
我們綜合以上兩個結果得出以下的推論：由於早期古柏帶的碰撞十分地猛烈，所以數千公里等級的KBOs是有機會被撞成數百公里的KBOs，又由於大尺寸的KBOs內部有分層的結構，所以早期被撞碎的KBOs可能原本就呈現不同的顏色。故造成KBO顏色多樣化的原因是原始的組成成分而非碰撞作用。如此一來，「KBOs碰撞演化歷程」模型便成功地推論了KBOs表面顏色變化的原因。反過來說，「KBOs表面顏色的變化」成了「早期KBOs碰撞演化歷程」的最佳見証人。

關鍵字(中)

★ 碰撞
★ 古柏帶

關鍵字(英)

★ Kuiper belt
★ collisional evolution

論文目次

1．緒論
1.1. 關於古柏帶 1
1.1.1. 太陽系和古柏帶形成的可能解釋 2
1.1.2. 古柏帶的命名 5
1.1.3. 古柏帶的發現 6
1.1.4. KBOs的命名原則 7
1.1.5. KBOs的三大家族 8
1.2. KBOs之物理性質 11
1.2.1. 反照率 11
1.2.2. 尺寸分佈 13
1.2.3. 總質量 16
1.3. 研究KBOs顏色變化之重要性 18
1.3.1. KBOs表面顏色的觀測結果 19
1.3.2. 影響KBOs顏色變化的可能原因 22
1.3.2.1. 組成成分 22
1.3.2.2. 宇宙射線輻射作用 23
1.3.2.3. 碰撞作用 23
2．「KBOs碰撞演化歷程」之模擬與結果
2.1. KBOs碰撞演化歷程之模型建立 24
2.1.1. 「小天體群總質量隨時間變化」的可能原因 24
2.1.2. 「古柏帶總質量隨時間變化」的模型說明 26
2.2. KBOs碰撞演化歷程之模擬結果 27
3．「KBOs表面顏色變化」之計算與結果
3.1. KBOs表面顏色變化之計算過程 32
3.1.1. 計算KBOs各種碰撞機率及碰撞效應 32
3.1.1.1. 撞毀的時間間隔 32
3.1.1.2. 碰撞的時間間隔 35
3.1.1.3. 有效計算碰撞機率的方法 37
3.1.1.4. 撞擊的彈坑尺寸 38
3.1.2. 建立KBO球面座標系 39
3.1.3. KBOs表面顏色變化的計算說明 41
3.2. KBOs表面顏色變化之模擬結果比較 42
3.2.1. 前人對KBOs顏色變化的模擬結果 42
3.2.2. 我們的模型對KBOs顏色變化的模擬結果 43
4．討論
4.1. 環星盤早期碰撞之最新証據 48
4.2. 討論 49
參考文獻 51

參考文獻

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指導教授

葉永烜(Wing-Huen Ip)

審核日期

2005-7-20

推文