行星平运动共振中尘埃的俘获与演化：一种生成共振俘获盘图像的快速半解析方法

在Poynting-Robertson drag作用下迁移的尘埃颗粒可能被俘获在与行星的平运动共振中。此类共振俘获的颗粒在太阳系中已被观测到。在系外系统中，由尘埃颗粒产生的系外黄道光预计将是未来试图直接成像类地行星的任务的主要障碍。然而，如果颗粒的俘获与演化能够被建模，共振俘获尘埃形成的图案可用于推断行星的存在及其性质。这已用N体方法完成，但此类方法计算昂贵，在考虑大的、缓慢演化的颗粒以及具有未知行星和母体的系外系统（其可能的参数空间很大）时限制了其实用性。在这项工作中，我们提出一种半解析方法用于计算共振中尘埃颗粒的俘获与演化，其可比N体方法快几个数量级。我们针对N体模拟校准该模型，对于地球到海王星质量的行星、多种颗粒大小、初始离心率和初始半长轴发现了极好的一致性。然后我们将模型应用于被地球共振俘获的尘埃的观测。我们发现共振俘获的、小行星产生的颗粒自然地产生黄道云中的‘拖尾团块’结构，而为了匹配该团块的强度，云的大部分必须由彗星颗粒组成，后者因其高离心率未被俘获，但产生一个平滑的盘。