土星周围卫星灾难性碎裂后碎屑盘的动力学演化

土星环及其中型卫星近期起源的假说正被积极讨论。有观点认为，原土卫五和原土卫四可能在近期发生碰撞，从而诞生了现代的中型卫星系统。也有观点认为，碎屑的快速粘性扩散可能将质量注入土星的洛希极限内，从而形成了现代的土星环系统。然而，这一情景目前仅以非常简化的方式进行了研究。本文通过使用 $N$ 体模拟和分析论证，对其进行了详细研究以评估其合理性。当碎屑盘由其最大残余物主导时，$N$ 体模拟显示系统会迅速重新吸积成一个单一卫星，而不会发生显著扩散。另一方面，如果盘由小颗粒组成，分析论证表明该盘会经历三个阶段的动力学演化。撞击后盘初始处于显著激发状态，碰撞阻尼主导粘性扩散。系统变平后，当颗粒小于约 100 米时，系统可能变得引力不稳定。然而，颗粒的增长速度快于扩散速度。随后，系统再次变得引力稳定，吸积以较慢的速度继续，但扩散受到抑制。因此，碎屑预计会重新吸积成几个较大的天体。总之，我们的结果表明，这样的情景可能无法形成今天的环系统。相反，我们的结果表明，今天的中型卫星很可能是从这样一次灾难性事件中重新吸积而成的。