扰动单同步态的三维解析理论及其在后撞击的狮子座-迪莫罗斯系统中的应用
地球与行星天体物理
2025-10-24 v1
摘要
我们发展了针对接近精确“单同步平衡态”(SSES)状态的二维体系的平面解析理论的三维推广，该理论见于 Gaitanas 等人 2024 年。SSES对应于两个非球形引力相互作用的天体，位于近圆的相对轨道中，其自转轴垂直于轨道平面，主体快速自转，副体同步自转。本文摒弃了Gaitanas等人2024年工作中所有简化假设，展示了如何在两种称为“线性”和“非线性”的理论框架下，计算描述系统从SSES三维扰动的解析解。线性理论通过对主体的快速自转角度进行平均化，使SSES映射为平均系统的平衡点，此后可通过对运动方程进行线性化来计算解析解。在非线性理论中，我们通过一系列形式为级数的正规变换，对运动的哈克顿量计算高阶正规形。基本系统频率之间的共振在非线性理论中表现为小除数。我们指出，接近共振时，非线性理论导致的部分可积模型足以精确描述相对轨道的演化，但仅能描述系统部分欧拉角的演化。作为基本应用，我们计算解析解，表征各种可能的狮子座-迪莫罗斯后撞击的轨道和自转状态。本文提出的所有解析公式可直接用于拟合算法，以利用后撞击观测数据的时间序列。
引用
@article{arxiv.2510.20317,
title = {3D analytical theory of the perturbed single-synchronous state. Application to the post-impact Didymos-Dimorphos system},
author = {Michalis Gaitanas and Christos Efthymiopoulos and Ioannis Gkolias and George Voyatzis and Kleomenis Tsiganis},
journal= {arXiv preprint arXiv:2510.20317},
year = {2025}
}