Methone 和 Anthe 弧中的尘埃

Methone 和 Anthe 是土星 E 环内部两颗微小的卫星（直径 $<3$ km）。这两颗卫星都嵌在尘埃粒子弧中。为了理解这些弧中微米级尘埃的数量及其空间分布，我们对弧中这些尘埃的来源、动力学演化和消失途径进行了建模。我们假设微流星体对卫星的超高速撞击是这些尘埃的来源（Hedman 等，2009），即所谓的撞击抛射过程（impact-ejecta process）（Krivov 等，2003；Spahn 等，2006）。在抛射并逃离卫星后，这些微米级粒子受到若干扰动力的作用，包括来自 Mimas 的引力扰动、土星扁率、洛伦兹力、太阳辐照压力和等离子体拖曳。粒子可能由于与 Mimas 的共转共振而像其源卫星一样被限制在弧中（Spitale 等，2006；Cooper 等，2008；Hedman 等，2009），或者被等离子体拖曳向外推。粒子消失途径包括与源卫星的再次碰撞、与其他卫星的碰撞，或移出感兴趣的径向区域。此外，粒子寿命的上限受等离子体溅射控制，后者以每 100 年约 1$\mu$m 半径的速率减小粒子尺寸（Johnson 等，2008）。我们的模拟结果表明，来自两颗卫星的抛射物可形成最大光学深度 $\tau$ 在 $10^{-8} - 10^{-6}$ 量级的弧，尽管尘埃的绝对数量存在不确定性。我们还发现模拟中弧的纵向延伸与观测和理论一致。较小的粒子由于等离子体拖曳的较强影响更可能逃离弧，而较大的粒子可在弧中停留更长时间，因此更可能与源卫星碰撞。